Оглавление

Введение………………………………………………………….4

Лабораторная работа №1. Анализ автоматизированных электроприводов и области их использования…………...................5

Лабораторная работа №2. Пассажирский лифт с электроприводом от двухскоростного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором……………………………………....16

Лабораторная работа №3. Изучение преобразователя частоты EI-P7002 фирмы «Веспер»……………………………………. 27

Лабораторная работа №4. Работа с технической документацией ПЧ MICROMASTER 440………………………….............. 46

Лабораторная работа №5. Изучение процесса параметрирования электропривода с микропроцессорным управлением…..56

Лабораторная работа №6. Исследование режимов работы ЭП с микропроцессорным управлением…………………………….71

Заключение…………………………………………………...….84

Библиографический список…………………………………….85

Введение

Курс «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» (АЭП ТПМ и ТК) является одним из завершающих курсов в обучении студентов специальности 140604 (180400) «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». В нем приобретаются навыки работы с комплектными автоматизированными электроприводами, используемыми в различных общепромышленных установках.

Содержание данного лабораторного практикума направлено на развитие у студентов навыков практического инженерного подхода к особенностям автоматизированных электроприводов типовых производственных механизмов и технологических комплексов.

В нем анализируются функциональные особенности наиболее распространенного технологического оборудования, в котором используются электромеханические системы с регулируемыми электроприводами.

Также, в лабораторном практикуме задействованы современные электроприводы с микропроцессорным управлением, оснащенные большой библиотекой программных средств, с помощью которых можно решать многие функциональные задачи управления технологическим оборудованием разного производственного оборудования.

В связи с большим многообразием промышленных комплексов и технологических процессов, где применяются автоматизированные электроприводы постоянного и переменного тока, показаны необходимость и пути поиска альтернативных решений выбора электроприводов для их модернизации.

Лабораторная работа №1

Анализ автоматизированных электроприводов и области их использования

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Проанализировать современные преобразователи частоты (ПЧ) и их область применения, полученные теоретические сведения применить для работы с ПЧ фирмы Siemens.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Управляемые преобразователи электроэнергии выполняются главным образом как полупроводниковые устройства в виде неуправляемых и управляемых выпрямителей, автономных инверторов напряжения (АИН) и тока (АИТ), инверторов, ведомых сетью, преобразователей частоты с непосредственной связью.

С учетом возрастания требований к энергетическим характеристикам электроприводов и их влиянию на сеть развитие получают преобразователи, обеспечивающие более экономичные способы управления электроприводами. Изменения схем преобразователей главным образом связаны с изменением алгоритмов управления и появлением новых приборов — более мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), запираемых тиристоров (GТО).

В электроприводах постоянного тока, кроме управляемых выпрямителей, для получения высокого быстродействия применяют системы с неуправляемыми выпрямителями и широтно-импульсными преобразователями. В этом случае можно не использовать фильтро- компенсирующее устройство.

Преобразователи, используемые для управления вентильными двигателями (ВД), состоят из управляемого выпрямителя, аналогичного выпрямителю привода постоянного тока, и автономного инвертора, управляемого сигналами, поступающими от датчика положения ротора.

В системах частотного управления АД преимущественно используются инверторы напряжения. Если необходимость рекуперации энергии в сеть переменного тока отсутствует, то используют неуправляемый выпрямитель, что позволяет применять простую и экономичную схему преобразователя. Возможность применения полностью управляемых приборов и ШИМ делает эту схему одной из широко используемых в большом диапазоне мощностей. При необходимости рекуперации энергии в сеть переменного напряжения в выпрямителях наряду с тиристорными инверторами используют транзисторные инверторы, схемы которых полностью аналогичны схеме автономного инвертора асинхронного двигателя. Такие схемы получили название активных выпрямителей или активных источников питания автономных инверторов.

Преобразователи частоты с инверторами тока состоят из двух звеньев. Первое звено составляют управляемый выпрямитель на тиристорах и промежуточный контур постоянного тока — реактор, второе звено составляет автономный инвертор тока, выполненный на обычных однооперационных или запираемых (GTO) тиристорах. Автономный инвертор тока содержит конденсаторы, которые являются источником реактивной энергии для нагрузки.

Преобразователи частоты находят применение в системах пуска и гибкого управления работой электродвигателей различных машин и механизмов в жилищно-коммунальном хозяйстве, в промышленности и сельском хозяйстве, на предприятиях топливно-энергетического комплекса.

Применение преобразователей частоты позволяет значительно снизить ремонтные и эксплуатационные затраты, а также затраты на электроэнергию при поддержании прежней (и увеличении) производительности машин и механизмов.

Преобразователи частоты получили широкое распространение за счет того, что позволяют:

• увеличить срок службы электродвигателя и приводного механизма посредствам оптимизации его работы в широком диапазоне изменения нагрузок;

• устранить при пуске насосного агрегата гидроудар и динамические перегрузки в трубопроводах;

• снизить эксплуатационные затраты в системах управления насосами, вентиляторами, центрифугами и т.п.;

• экономить электроэнергию в насосных, компрессорных и других агрегатах, работающих с переменной нагрузкой (до 50%);

• создавать замкнутые системы регулирования координат асинхронного электропривода с возможностью точного поддержания заданных технических параметров.

Применение частотно-регулируемых приводов для насосов и вентиляторов позволяет снизить энергопотребление. Применение частотно-регулируемых приводов (как отечественного, так и импортного производства) экономически оправдано, несмотря на их относительно высокую стоимость.

В данной лабораторной работе более подробно проанализируем имеющиеся современные преобразователи частоты MICROMASTER, SIМОVERT MASTERDRIVE и SINAMICS, производства фирмы Siemens.

Преобразователи частоты серии MICROMASTER.

Преобразователи серии MICROMASTER предназначены для регулирования скорости вращения трехфазных асинхронных и синхронных электродвигателей. Поставляемые модели имеют диапазон мощностей от 120 Вт при однофазном входе и до 250 кВт при трехфазном входе.

Преобразователи оснащены микропроцессорной системой управления и используют самые современные технологии с IGBT модулями – транзисторами. Широтно-импульсная модуляция с выбором частоты коммутации обеспечивает бесшумную работу электродвигателя. Встроенные функции защиты обеспечивают эффективную защиту преобразователя и электродвигателя. Преобразователи частоты MICROMASTER могут применяться как индивидуально, так и интегрироваться в системы автоматизации процесса.

Условия работы преобразователя MICROMASTER 440:

- рабочая температура от -10 до +50 °С;

- влажность до 95 %, без конденсации;

- при высоте установки более 1000 м необходимо снижать мощность нагрузки;

- не допускать падений преобразователя и ударов;

- не устанавливать преобразователь в зонах постоянных вибраций;

- не устанавливать преобразователь вблизи от источников электромагнитного излучения;

- не устанавливать преобразователь в среде, содержащей загрязнения атмосферного воздуха, такие как пыль, агрессивные газы;

- преобразователь не должен подвергаться воздействию влаги.

В преобразователе обеспечиваются следующие защиты:

- от перенапряжения и пониженного напряжения;

- от перегрева преобразователя;

- тепловая защита двигателя по сигналам с терморезистора;

- защитное заземление;

- от короткого замыкания;

- от блокировки двигателя;

- от опрокидывания инвертора.

MICROMASTER 440 имеет модульную конструкцию. Пульт управления и коммуникационные модули могут быть заменены без применения какого-либо инструмента.

Для расширения функций MICROMASTER 440 может комплектоваться принадлежностями.

БАЗОВАЯ ПАНЕЛЬ ОПЕРАТОРА (Basic Operator Panel ВОР) с помощью которой можно провести индивидуальную настройку параметров преобразователя.

КОМФОРТНАЯ ПАНЕЛЬ ОПЕРАТОРА (Advanced Panel Operator AOP) даёт возможность ввода и вывода блоков параметров преобразователя. С одной панели АОР можно управлять через универсальный интерфейс USS до 30 преобразователями (скорость передачи данных до 38 kbaud, RS485).

МОДУЛЬ PROFIBUS необходим для комплектной связи с шиной PROFIBUS со скоростью обмена 12 MB. Через него можно управлять преобразователем дистанционно

МОДУЛЬ DEVICENET осуществляет дистанционное управление преобразователями с максимальной скоростью передачи до 500 kbaud.

МОДУЛЬ ENCODER предназначен для подключения к преобразователю стандартных импульсных датчиков скорости, поддерживает HTL (24 В) и TTL (5 В) типы датчиков.

МОНТАЖНЫЙ КОМПЛЕКТ «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ-PC» осуществляет управление преобразователем напрямую от персонального компьютера (PC).

МОНТАЖНЫЙ КОМПЛЕКТ «PC-АОР» служит для связи PC с АОР и даёт возможность программирования преобразователя в режиме Offline.

МОНТАЖНЫЙ КОМПЛЕКТ служит для крепления панели оператора АОР/ВОР в двери шкафа управления (степень защиты IP56).

ПРОГРАММА ЗАПУСКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ Starter имеет графический интерфейс и предназначена для ввода в эксплуатацию преобразователей MICROMASTER 4хх.

Преобразователи частоты серии SIMOVERT MASTERDRIVES.

SIMOVERT MASTERDRIVES - статический преобразователь частоты с промежуточным контуром постоянного напряжения номинальной мощностью в диапазоне от 0,55 до 5000 кВт. Преобразователь предназначен для управления асинхронными и синхронными электродвигателями при высоких требованиях к точности и динамике регулирования.

При помощи инвертора из постоянного напряжения промежуточного звена методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) формируется система трехфазного тока с переменной выходной частотой от 0 Гц и максимально до 600 Гц.

Управление может осуществляться через панель управления оператора PMU, удобную для пользователя панель управления оператора ОРS, клеммную колодку или через последовательный интерфейс. Для этой цели устройство оснащено рядом интерфейсов и шестью гнездами для использования дополнительных блоков. Пульт управления и параметрирования (PMU) монтируется на передней панели или, для встраиваемого исполнения, на консоли, расположенной перед корзиной электроники.

Преобразователь может реализовать только двигательный режим (работа в 1-м квадранте). Для генераторного режима необходим тормозной блок. Использование четырехквадрантного блока позволяет возвращать энергию в сеть. Это может понадобиться в случае необходимости часто и быстро тормозить привод с большим моментом инерции.

К основным областям применения ПЧ MASTERDRIVES относятся установки, где от привода требуется точное позиционирование, стабильное поддержание скорости, согласованное движение нескольких механизмов или специализированные технологические функции, например:

- упаковочные машины;

- текстильное оборудование;

- прессы, подъемно-транспортная техника;

- деревообрабатывающие оборудование;

- производство пластмасс.

Дополнительные компоненты системы могут быть разделены на следующие группы:

- тормозные блоки и резисторы;

- технологические, коммуникационные и интерфейсные платы;

- устройства защитного отключения;

- входные и выходные дроссели и фильтры радио помех.

Виды управления

Стандартное программное обеспечение SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control содержит в себе два принципиально разных способа управления, которые позволяют удовлетворить любым требованиям электропривода.

Замкнутое управление с использованием датчика частоты вращения применяют в тех случаях, когда требуется:

- наивысшая точность регулирования частоты;

- удовлетворить повышенные требования к динамике;

- управление моментом в диапазоне больше 1:10;

- точное управление моментом при частотах меньше 10% от номинальной скорости двигателя.

В качестве датчика электродвигателя могут использоваться импульсные датчики и аналоговые тахометры.

Управление с внешней обратной связью по скорости для одного асинхронного двигателя, применяется в случаях, когда компенсация скольжения не обеспечивает необходимой точности поддержания скорости. Данные с аналогового датчика скорости могут быть заведены через аналоговый вход, а сигналы с цифрового датчика с двумя дорожками - на входы импульсного декодера.

Векторные типы управления могут использоваться для асинхронных двигателей и только для однодвигательных приводов или многодвигательных приводов с общей нагрузкой. При таком виде управления достигаются динамические характеристики близкие к характеристикам двигателя постоянного тока. Это достигается путем раздельного управления составляющими тока, отвечающими за электромагнитный момент и поле.

Векторное управление без датчика частоты вращения обычно используется для однодвигательных приводов с асинхронными двигателями при требуемом диапазоне регулирования 1:10, то есть для многих промышленных применений, таких как прессы и вентиляторы с большой потребляемой мощностью, а также транспортных, подъемных механизмов и центрифуг.

Векторное управление частотой с датчиком частоты вращения применяется для однодвигательных асинхронных приводов с повышенными требованиями к динамическим характеристикам даже на низких скоростях, с высокой точностью управления, то есть для подъемных механизмов, приводов кранов с точным позиционированием. Для этого типа управления необходим импульсный датчик скорости. Тахогенератор постоянного тока в этом случае не подходит по требованиям точности. Векторное управление моментом с датчиком скорости - для однодвигательных приводов с повышенными требованиями к динамическим характеристикам, в случае если необходимо поддерживать постоянный момент на валу двигателя, например, привода моталок, система приводов ведущий-ведомый, системы регулирования натяжения.

Преобразователи частоты серии SINAMICS G110.

Статические преобразователи SINAMTCS служат для управления частотой вращения трехфазных двигателей мощностью от 120 Вт до 3,0 кВт при использовании однофазных питающих сетей.

Статические преобразователи оснащены микропроцессорным управлением и работают с помощью современной технологии IGBT. Благодаря этому они надежны и многофункциональны. Помимо этого для статических преобразователей и двигателей в распоряжении имеются обширные защитные функции.

С помощью дополнительных параметров SINAMICS G110 позволяет приспособиться также к широкому спектру применений двигателя. Величины параметров могут по выбору меняться с помощью пульта обслуживания ВОР (Basic Operator Panel) или через интерфейс USS.

Основные характеристики SINAMICS G110:

- быстродействие;

- быстрое ограничение тока (Fast Current Limit, FCL), обеспечивающее надежную работу без отключения тока;

- встроенное торможение постоянным током;

- постоянные частоты;

- функция Motorpot;

- регулируемое время пуска и остановки с параметрируемым округлением;

- свободно параметрируемая характеристика U/f;

- 150 % перенагрузки за 60 секунд;

- автоматический запуск после отключения от сети;

- схема подхвата.

Встроенные виды защит:

- от повышенного и недостаточного напряжения;

- от повышенных температур для статического преобразователя;

- от замыкания на землю;

- от короткого замыкания;

- термическая.

Ввод в эксплуатацию может осуществляться несколькими способами: управление через встроенные аналоговые и дискретные входы, по USS протоколу через разъем RS485, с помощью базовой панели оператора ВОР, с помощью программы STARTER по USS протоколу.

SINAMICS G110 имеет заводскую настройку для стандартного применения U/f с четырехполюсным трехфазным асинхронным двигателем, который имеет такие же характеристики мощности, как и статический преобразователь. Управление скоростью вращения двигателя осуществляется через аналоговые входы при аналоговом варианте или через интерфейс RS485 при варианте USS.

Заданный режим с определенными значениями тока, напряжения, частоты обеспечивается путем параметрирования преобразователя. Эта операция осуществляется с применением панели оператора с непосредственным введением с нее значений параметров, или при помощи программы STARTER по USS протоколу (т.е. с контроллера).