6.2. Расчет и определение показателей качества переходных процессов

Анализ графиков переходных процессов дает возможность оценить работу автоматизированного электропривода и устранить возможные недостатки разработки и настройки имитационной модели. Основными показателями переходных процессов являются время стабилизации параметров системы, перерегулирование, колебательность процесса. Результирующим графиком модели, по которому оценивается ее работа будет график напора рис 6.3, он характеризуется большим временем переходного процесса 40 секунд, обусловленного большим времен стабилизации сети водоснабжения, по этой причине удалось избегнуть перерегулирования и колебательности. График угловой скорости рис.6.4 отражает работу двигателя при пуске насоса, он так же из-за большого времени переходного процесса, 40 секунд, не имеет перерегулирования и колебательности. На графиках 6.5-6.6 отображено реагирование системы на увеличение и уменьшение расхода, при изменении расхода на 10% система стабилизируется за 30 секунд, без перерегулирования и колебательности. График 6.7 отображает момент двигателя при пуске, пререгулирование составляет 78%, време переходного процесса 40 секунд, колебательность отсутствует.

6.3. Построение статических характеристик электропривода

Изменяя статический напор имитируем изменение расхода воды. Как и всякая астатическая система имеющая обратные связи, модель автоматизированного электропривода насоса, при изменении возмущающих воздействий таких как расход воды, выходит на заданный уровень выходного сигнала.

Для асинхронного двигателя АИР112М2 с короткозамкнутым ротором нормального исполнения в каталоге приводятся следующие данные: Р_ном=7,5кВт,s_ном=3,5%,cosφ_ном=0,88, η_ном=87,5%, М_мах/М_ном=2,2, М_пуск/М_ном=2,I_пуск/I_ном=7,5.

Полное сопротивление короткого замыкания

где λ_I― кратность пускового тока.

Приведенное активное сопротивление фазы ротора

где

n₀― синхронная частота вращения, об/мин.

;

.

Активное сопротивление фазы статора

R₁=Z_Kcosφ_ПУСК-R₂^/,

где cosφ_ПУСК― коэффициент мощности при пуске

где γ₁― отношение потерь мощности в обмотке статора при номинальной нагрузке к полным номинальным потерям,

;

;

R₁=1,7·0,246-0,2985=0,119.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания

.

Индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора примерно равны

;

.

Ток холостого хода асинхронного короткозамкнутого двигателя

где s_K― критическое скольжение, которое можно определить по формуле

где λ_m, λ_п― кратности максимального и пускового моментов.

;

;

Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя

где ΔР₀― потери мощности при холостом ходе, Вт

;

;

Индуктивное сопротивление намагничивающего контура

;

.

Активное сопротивление намагничивающего контура

или

где ΔР_СТ― потери в стали статора,

,

тогда

Для закона управления U_S/f_S=constстатическая характеристика определяется выражениями:

где s_a― абсолютное скольжениеs_a=(ω₀-ω)/ω_0HOM,

Полученные характеристики на рисунке 6.8 отражают зависимость статических характеристик от частоты напряжения на выходе преобразователя (f=50 Гц).

8. Выбор и проектирование системы автоматизации производственной установки

8.1. Формализация условий работы установки

Насосная станция должна качать воду в сеть завода, при выходе из строя преобразователя частоты с переходом на неуправляемый режим работы насоса, при аварийном останове одного насоса обеспечить регулируемый пуск и работу другого, при большом расходе воды, когда работа одного насоса не обеспечивает рабочее давление, включать дополнительный. Для реализации поставленных задач применяется макропрограмма ACS400 для управления насосами и вентиляторами (PFC).

Макропрограмма управления насосами и вентиляторами (PFC) может управлять насосной станцией с одним-четырьмя параллельными насосами. Используется следующий принцип управления насосной станцией с двумя насосами:

• К преобразователю ACS400 подключается двигатель насоса номер 1. Управление производительностью насоса производится путем регулирования скорости вращения двигателя.

• Двигатель насоса номер 2 подключается непосредственно к линии. По мере необходимости преобразователь ACS400 может включать и отключать этот насос.

• На ПИД-контроллер преобразователя ACS400 подается опорное и действительное значение технологической переменной. ПИД-контроллер регулирует скорость (частоту) первого насоса таким образом, чтобы действительное значение технологической переменной соответствовало опорному значению. Когда опорная частота ПИД-контроллера процессора превосходит заданный пользователем предел, макропрограммаPFCавтоматически запускает второй насос. Когда частота падает ниже заданного пользователем предела, макропрограммаPFCавтоматически останавливает второй насос.

• Используя цифровые входы ACS400, можно реализовать функцию блокировки (контроля состояния); макропрограммаPFCможет определить, что насос отключен, и запускает вместо него другой насос.

• Макропрограмма PFCобеспечивает возможность чередования насосов. Таким образом время работы всех насосов будет одинаково.

По умолчанию при выборе

В конкретном случае нижний предел частоты вращения составляет 0,9 от номинальной, верхний предел― 1,2ω_НОМ. Верхний предел обусловлен рабочей областью насоса, нижний соответствует частоте вращения двигателя насоса при поддержании заданного давления с минимальным расходом.

По умолчанию при выборе макропрограммы PFCпреобразователь получает опорный сигнал (уставку) по аналоговому входу 1, действительное значение технологической переменной по аналоговому входу 2 и команды Пуск/Стоп ― по цифровому входу 1. Контроль состояния подключается к цифровому входу 4 (двигатель с регулируемой скоростью) и цифровому входу 5 (двигатель с постоянной скоростью). Сигнал "Разрешение пуска" подается на цифровой вход 2 и управлениеPFCактивизируется/деактивизируется по цифровому входу 3. По умолчанию выходной сигнал подается через аналоговый выход (частота).

Обычно автоматическое шунтирование управления насосами и вентиляторами производится при подключении преобразователя ACS400 в местный режим управления (на панель управления выводитсяLOK). В этом случае ПИД-контроллер процессора не используется и двигатель с постоянной скоростью не запускается. Однако если установить для параметра 1101 тип зад от клав значение 2 (задание 2(%)), то в местном режиме опорное значениеPFCможет подаваться с пульта управления.

Преобразователь оснащен встроенным ПИД-контроллером, который используется, если выбрана макропрограмма управления. ПИД-контроллер имеет следующие основные функции:

• Функция выключения ПИД для прекращения регулирования, когда выходной сигнал ПИД-контроллера падает ниже заданного предела, восстановление, когда действительное значение технологической переменной падает ниже заданного предела.

• Программируемые выдержки выключения и включения. Режим выключения может также быть активизирован по цифровому входу.

• Два набора ПИД, выбираемые по цифровому входу.

• Параметры ПИД-контроллера находятся в группах 40 и 41.

Преобразователь ACS400 имеет два программируемых релейных выхода. Работа релейных выходов 1 и 2 управляется параметрами 1401 релейный вых 1 и 1402 релейный вых 2. Значение 29 (PFC) выделяет релейный выход для блока управления насосами и вентиляторами. При выборе макропрограммыPFCэто значение устанавливается по умолчанию для обоих релейных выходов.

При использовании блока управления насосами вентиляторами преобразователь может использовать поставляемые по отдельному заказу модули расширения ввода/вывода (NDIO). Эти модули обеспечивают дополнительные релейные выходы и цифровые входы. Расширение ввода вывода требуется в следующих случаях:

• Когда стандартные релейные выходы преобразователя ACS400 (R01 иR02) нужны для других целей и/или используется большое количество вспомогательных двигателей.

• Когда стандартные цифровые входы преобразователя ACS400 (ДВХ1 и ДВХ2) нужны для других целей и/или используется большое количество сигналов контроля состояния (вспомогательных двигателей).

Модули расширения вводы вывода подключаются к преобразователю ACS400 по волоконно-оптической линииDDCS. Для использованияDDCSнеобходим поставляемый по отдельному заказу коммутационный модульDDCS.

К каналу DDCSмогут быть подключены один или два модуляNDIO. Каждый модульNDIOсодержит два цифровых входа и два релейных выхода.