Автоматизированный электропривод тепловых сетей. Практикум

–вывод на дисплей электрических параметров схемы, которые измеряются самим преобразователем в процессе работы двигателя,

–режимы работы преобразователя;

–режимы управления преобразователем;

–режимы разгона и торможения двигателя и пр.

Программирование производится с помощью пульта управления

БОП: Выключателем S подается питание на универсальный стенд. При этом загорается встроенный в S зеленый индикатор, а на ЖК дисплее пульта появляется первая информация, соответствующая ждущему режиму.

Программирование преобразователя частоты производится в ждущем режиме.

Программирование осуществляется подачей соответствующей команды и выбором необходимого для работы параметра. Процесс программирования (настройки) производится нажатием кнопок FN,▲, ▼ и P.

Последовательность действий для программирования одного параметра показана на диаграмме (рисунок 1.6).

11

Доступ к программируемым параметрам осуществляется с помощью кнопки - Р.

На диаграмме использованы следующие обозначения: г0000 - чтение адреса параметра; Рхххх - адрес (номер) параметра; Р - значение параметра. Нажатие кнопок ▲,▼ приводит к увеличению/уменьшению показываемой величины.

После первого нажатия кнопки Р на дисплее появляется г0000. Затем нажатием кнопки ▲ вызывается соответствующая команда -Рхххх (например, Р1300 - что соответствует способу регулирования частоты).

Повторным нажатием кнопки Р выводится следующее значение параметра (например, 2, что соответствует квадратичной зависимости изменения напряжения U2/f=const). Кнопками ▲ или ▼ устанавливается требуемое значение параметра (в соответствии с нижеприведенными значениями).

VII. Программирование вывода измеряемых параметров на дисплей.

На дисплей пульта управления БОП выводятся параметры работы преобразователя (текущее значение частоты, выходное напряжение, напряжение на выходе выпрямителя, ток, потребляемый электродвигателем), которые подлежат измерению и записи в таблицу измерений.

Для перехода в режим программирования следует набрать команду Р0005— выбор параметров для показа на дисплее. Затем с помощью кнопок ▲, ▼ ввести команду, соответствующую требуемому параметру.

Рисунок 1.7 – Измерение параметров

13

Перечень основных команд для программирования режимов работы преобразователя частоты:

1. Формирование закона управления (Р1300)

Различные виды управления определяются соотношением между частотой двигателя и напряжением, подаваемым статическим преобразователем на обмотки статора.

Квадратичный закон управления применяется для изменяемых нагрузок момента для решения задач энергосбережения.;

2. Задание способа управления преобразователем частоты (Р0700): Р0700=1 - управление с помощью пульта БОП, (пуск, остановка, ре-

верс, шаговый режим); Р0700= 5 - управление с помощью компьютера.

3. Установка минимальной частота питания электродвигателя (Р1080). Выставленное на заводе-изготовителе значение по умолчанию

fmin=5 Гц.

4. Установка максимальной частота питания (Р1082).

По условиям механической прочности электродвигателя максимальная частота питания не должна превышать 80 Гц.

5.Задание времени пуска (разбега) до заданной частоты вращения

(Р1120):

Допустимые значения от 0 с до 650с.

6.Установка времени торможения до полной остановки (Р1121): Допустимые значения от 0 с до 650с.

7.Окончание программирования (Р3900= 1).

Закончив программирование ПЧ, переходят к настройке работы ПЧ в системе управления электродвигателем.

VIII. Порядок выполнения работы

1.Полностью освободить нагрузочное устройство: убедиться, что фрикционный механизм максимально ослаблен и не создает трения на шкиве.

2.Собрать схему рис. 1.4 и предъявить ее для проверки преподавателю.

После проверки правильности соединений и инструктажа о порядке работы с преобразователем частоты ПЧ студенты получают разрешение на работу с установкой.

14

3.Выключателем S со встроенной индикацией подать питание на

стенд.

4.Нажать кнопку I и произвести испытание преобразователя частоты ПЧ (при условии ранее выполненного программирования) при управлении от БОП, с индикацией напряжения постоянного и переменного тока, частоты и величины потребляемого тока. Способ изменения частоты - линейный (U/f = const — Р1300 =0).

5.Темп запуска и торможения электродвигателя установить - 5с.

6.Завершив программирование преобразователя, запустить электродвигатель с минимальной частотой питания - 5Гц.

7.Произвести испытания электродвигателя на холостом ходу (ослабленном шкиву) при различных частотах, изменяя частоту с помощью кнопки А+.

Примечание. Измерение частоты вращения АД n2 осуществляется настройкой тахометра на метку, закрепленную на валу нагрузочного устройства. Расстояние от излучателя тахометра до метки не должно превышать 200 мм. Включение (отключение) тахометра производится кратковременным нажатием боковой кнопки. При этом на цифровом дисплее появляется буква F и загораются индикаторные светодиоды красного и зеленого цветов. Ориентируя излучатель тахометра по отношению к вращающейся метке, следует добиться одновременного свечения светодиодов: красного - непрерывно и зеленого - непрерывно или с периодическим миганием. При этом на дисплее отображается частота вращения в оборотах в минуту (об/мин).

Синхронная скорость вращения исследуемого АД (р = 2) определяется выражением

n1 = 60 f / p = 30 fn , об/мин, где fn - частота источника питания.

Правильность выполненных измерений проверяется соответствием (близкое значение) измеренной и синхронной частоты вращения n1 (например, 1500 об/мин для fn = 50 Гц, 900 об/мин для fn = 30 Гц, 600 об/мин для fn = 20 Гц и т.д.). Результаты записать в таблицу №1.

Таблица 1– Скорость вращения

15

Значения параметров схемы I10; U10 ; n20 ; Р10, соответствуют измерениям при отсутствии нагрузки на валу электродвигателя (холостой ход двигателя).

Мощность, измеряемую ваттметрами, следует заносить с учетом знака. При низких значениях коэффициента мощности показания ваттметра Pw1 могут иметь отрицательные значения.

После выполнения всех измерений предъявить результаты преподавателю.

8. Произвести аналогичные измерения при квадратичном законе управления ( U 2/ f = const), запрограммировав значение Р1300 =21.

Результаты записать в таблицу №2.

Таблица 2– Изменение частоты вращения

Измерения по п. 8 выполняют по указанию преподавателя После выполнения всех измерений предъявить результаты препода-

вателю.

9. На основании выполненных измерений вычислить:

– полную мощность, потребляемую асинхронным двигателем, ВА

S= √3I10U10 ;

–активную мощность асинхронного двигателя, Вт

P10 = PW1+ PW2 ;

– коэффициент мощности: cosφ =

– потери в обмотках статора двигателя (переменные потери), Вт

Pм1 = 1,5 I10 2R,,

где R - сопротивление обмотки статора, измеренное между двумя фазами (значение R указано на стенде);

– постоянные потери в двигателе для каждой частоты питания f (потери в стали магнитопровода и механические потери), Вт

Рпост = Р10 – Рм1

10. Построить графики I10 = f (fп), cos φ = f (fп), U10 = f (fп), n20 = f (fп) и Рст = f (fп)

16

IX. Содержание отчета

В отчете должны быть представлены:

1.Номинальные данные асинхронного двигателя преобразователя частоты и электроизмерительных приборов.

2.Электрическая схема лабораторной установки.

3.Результаты программирования преобразователя частоты.

4.Таблица с результатами измерений и вычислений.

5.Графики зависимостей I10 = f (fп), cos φ = f (fп), U10 = f (fп), n20 = f (fп) и Рст = f (fп) для линейного и квадратичного способа регулирования и

их анализ.

6.Использованные для расчетов формулы.

7.Краткие выводы о проделанной работе.

X. Контрольные вопросы

1.Для каких целей применяют преобразователи частоты ПЧ?

2.Из каких основных блоков состоит преобразователь частоты?

3.Какие функции выполняет пульт управления БОП?

4.Какие параметры схемы выводятся на дисплей пульта управления

БОП?

5.Какие три основных закона регулирования напряжения и частоты применяют в современных преобразователях частоты?

6.Что такое широтно-импульсное модулирование и для чего оно применяется в ПЧ?

7.В чем заключается смысл измерения мощности в трехфазной установке методом двух ваттметров?

8.В каких случаях при измерениях мощности двумя ваттметрами один из них показывает отрицательное значение?

9.Что такое постоянные потери мощности в асинхронном двигателе

икак их измерить?

10.Что такое переменные потери мощности в электродвигателе и как их рассчитать?

11.Почему при работе асинхронного двигателя на холостом ходу и изменении частоты изменяется коэффициент мощности соs φ?

17

Лабораторная работа № 2

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ПАРАМЕТРАХ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

I. Цель работы

1.Ознакомиться с конструктивными элементами асинхронного электродвигателя (АД).

2.Ознакомиться со способами регулирования частоты вращения асинхронных двигателей.

3.Приобрести практические навыки по использованию и испытанию частотно-управляемых асинхронных электроприводов.

4.Экспериментально подтвердить теоретические знания, полученные на лекциях и самостоятельных занятиях.

II. Программа работы

1.Собрать электрическую схему, представленную на рис. 1.4.

2.Построить механическую характеристику асинхронного двигателя.

3.Построить энергетическую диаграмму нагруженного АД для частоты питающего напряжения 50 Гц.

4.Построить рабочие характеристики асинхронного двигателя.

5.Построить зависимость вращающего момента от скольжения.

6.Проанализировать полученные результаты и сделать выводы о проделанной работе.

III. Краткие теоретические сведения

Асинхронный электродвигатель является основным типом электродвигателя, применяемым на промышленных предприятиях в качестве приводного устройства. На большинстве предприятий 90 % потребляемой электроэнергии приходится на долю асинхронных двигателей (компрессоры, насосы, вентиляторы, конвейеры и т.п.). Поэтому учет величины потерь мощности, т.е. оценка энергетических характеристик асинхронного двигателя (энергетическая диаграмма) имеют важное практическое значение.

Приведем основные соотношения, необходимые для вычисления параметров двигателя после выполненных измерений:

Полная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, ВА

S = √3 I1 U1 .

Активная мощность асинхронного двигателя, Вт

P1 = PW1 + PW2;

18

знак (-) соответствует низкому значению сosφ, т.е. отклонению стрелки ваттметра PW2 в сторону противоположную шкале, а (+) – высокому значению сosφ при значительных нагрузках электродвигателя.

Коэффициент мощности

сosφ = P1 / S.

Потери в обмотках статора двигателя (переменные потери), Вт

PM1 = 1,5 I12 R,

где I1 - линейный ток статора, а R - сопротивление обмотки статора, измеренное между двумя фазами (значение R указано на стенде);

Потери в магнитопроводе (потери в стали) Рст определяются из опыта холостого хода и принимаются равными половине постоянных потерь, т. е.

РCT = 0,5 (Р10- 1,5 I10 2 R),

где Р10 - активная мощность, потребляемая АД в режиме холостого

хода.

Для определения вращающего момента асинхронного двигателя М необходимо определить электромагнитную мощность, передаваемую ротору

РЭМ = Р1 – РМ1 – РСТ.

Тогда

М = РЭМ / 0,105 п1,

где п1 = 1500 об/мин - синхронная частота вращения. Момент сопротивления нагрузки на валу

МС = М - МО,

где М0 - момент холостого хода двигателя, определяемый из опыта холостого хода (1-я строка табл. 1), Нм:

М = РТР / 0,105 п1 ,

где РТР - потери на трение, определяемые как

Р ТР = Р0МЕХ = РСТ ;

п20 - частота вращения асинхронного двигателя на холостом ходу. Механическая мощность, передаваемая ротору,

РМЕХ = Рэм - РМ2;

Потери в обмотке ротора Рм2 определяются по формуле

РМ2 = s РЭМ.

Полезная мощность на валу Р2 рассчитывается по формуле

Р2 = 0,105МС n2,

где МC - момент сопротивления на валу (момент нагрузки), а п2 -частота вращения ротора, соответствующая этой нагрузке.

Коэффициент полезного действия двигателя, %

η= (P2 / P1) 100%.

7.На основании опытных данных строятся рабочие характеристики АД и его энергетическая диаграмма (рисунок 2.1).

19

Рисунок 2.1 – Вид энергетической диаграммы асинхронного двигателя Энергетической диаграммой двигателя называют графическое, выполненное в

соответствующем масштабе, распределение потоков мощностей в двигателе)

Общий вид установки, принципиальная электрическая схема, порядок включения и программирования преобразователя частоты такие же, как и в лабораторной работе №1. Они приведены ниже.

IV. Лабораторная установка

В основу универсального лабораторного стенда положена комплектная установка Сименс 0110. Стенд содержит: панель, на которой смонтированы трехфазный асинхронный электродвигатель, преобразователь частоты, разъем для подключения установки к однофазной сети, переключатели аналого-цифрового управления и разъемы для подключения установки в локальную компьютерную сеть.

Нагрузка на валу исследуемого электродвигателя, имитирующая статический момент сопротивления приводного механизма, создается фрикционным устройством, позволяющим изменять ее в широких пределах.

На рисунке 1.3 показан общий вид универсального стенда, с расположенным на нем оборудованием.

Схема проведения исследований содержит два ваттметра РW1 и РW2, позволяющие измерять мощность, потребляемую трехфазным асинхронным двигателем (рис. 1.4). Токовые обмотки ваттметров включаются на 1 А, обмотки напряжения на 300 В.

Программирование параметров работы преобразователя и управление асинхронным двигателем осуществляется с помощью пульта управления БОП (базовая операционная панель) (рис. 1.5).

Поскольку в лаборатории по условиям техники безопасности допустимое на стендах напряжение должно быть не выше 220 В, то обмотки статора электродвигателя должны быть включены по схеме «треугольник».

20