Работа №8. Исследование разомкнутой системы "преобразователь частоты – асинхронный двигатель"

Цель работы

Исследование рабочих свойств системы "Преобразователь частоты – асинхронный двигатель" (ПЧ-АД), частотного регулирования скорости вращения, скалярного и векторного управления в разомкнутой системе.

Программа работы

1. Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (Приложение А).

2. Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-АД.

3. Снять семейство характеристик в режиме скалярного управления.

4. Исследовать способы компенсации скольжения двигателя.

6. Исследовать способы торможения двигателя.

Пояснения к работе

В лабораторной работе используются следующие модули:

– модуль питания стенда (МПС);

– модуль питания (МП);

– силовой модуль (СМ);

– модуль измерителя мощности (МИМ);

– модуль преобразователя частоты (ПЧ);

– модуль тиристорного преобразователя (ТП);

– модуль ввода/вывода (МВВ).

Исследуемый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемый двигатель М1, нагрузочную машину – двигатель постоянного тока независимого возбуждения– М2, импульсный датчик скорости М3.

Перед проведением работы при выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

– переключатель "Сеть" модуля ТП перевести в нижнее положение, тумблер SA3 – в положение «Руч», SA4, SA6 – в нижнее положение, SA5 – в среднее положение. Перевести ТП в режим регулирования момента (Приложение Б);

– переключатель SA1 модуля ПЧ перевести в среднее положение, SA2 – в положение «Скорость», потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки,

Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО Labdrive и соответствующая лабораторная работа.

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 – Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД

Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП через датчики тока и напряжения, Обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП.

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ.

Собственно преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380В от модуля питания через измеритель мощности (МИМ).

8.1 Семейство характеристик системы в режиме скалярного управления

Скалярное управление в системе ПЧ-АД сводится к управлению по закону U/f=const, при котором критический момент асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения держится постоянным.

Для переведения преобразователя в данный режим выполнить следующие действия:

– сбросить настройки на заводские и запрограммировать преобразователь на режим регулирования скорости (Приложение А);

– установить параметр С4-01 на 0 (отключен режим компенсации момента);

– установить параметр С3-01 на 0 (отключен режим компенсации скольжения).

Статические характеристики электропривода представляют собой зависимости частоты вращения, тока статора, КПД, cosφ от момента на валу двигателя: ω, I₁, η, cosφ=f(M_в)

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включением автоматического выключателя QF1 МПС подать напряжение на стенд;

–включением автоматического выключателя QF2 МП подать напряжение на преобразователь частоты;

– включить кнопку "Сеть" модуля ТП;

– выбрав направление вращения асинхронного электродвигателя переключателем SA1 модуля ПЧ, задать потенциометром RP1 выходную частоту преобразователя 50Гц;

– подать разрешение на работу модуля ТП (тумблер SA6);

– зафиксировав необходимые величины согласно таблице 8.1, задать момент нагрузки. Таким образом снять несколько точек в двигательном и генераторном режимах;

– после проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP1 модуля ТП), убрать разрешение на работу ТП, остановить асинхронный электродвигатель.

Напряжение статора можно смотреть на экране ПЧ в меню Drive (Параметр U1-06. Навигация осуществляется клавишами "Вверх" и "Вниз").

Таблица 8.1

UС, В
IC, А
UЯ, В
IЯ, А
n, об/мин
UВХ, В
IВХ, А
PВХ, Вт
SC, ВА
ω, 1/с
ΔPЭЛ, Вт
ΔPЯ, Вт
PЯ, Вт
PВ, Вт
PC, Вт
ηАД
ηПЧ-АД
cos(φ)АД
cos(φ)ПЧАД
МВ, Н∙м

Повторить опыт для двух других значений частоты на выходе преобразователя.

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости выходной частоты, напряжения, мощности от сигнала задания при постоянном моменте на валу двигателя: f, U_C, P, S = f(U_З), М_В=сonst.

Для снятия характеристик необходимо:

– установить выходную частоту преобразователя частоты 60 Гц (параметр E1-04=60);

– задав нагрузку с помощью тиристорного преобразователя (значение I_Я задается преподавателем и выбирается в пределах 0…1А), уменьшать выходную частоту ПЧ, фиксируя необходимые параметры. Сигнал задания в процентах от максимального (параметр U1-15) выбирается в меню Drive клавишами «вверх», «вниз».

Результаты опыта занести в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

IЯ=
UВХ, В
f, Гц
UС, В
IC, А
UЯ, В
n, об/мин
UВХ, В
IВХ, А
PВХ, Вт
SC, ВА
ω, 1/с
ΔPЭЛ, Вт
ΔPЯ, Вт
PЯ, Вт
PВ, Вт
PC, Вт
ηАД
ηПЧ-АД
cos(φ)АД
cos(φ)ПЧАД
МВ, Н∙м

Расчетные данные.

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА

,

где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с

.

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт

,

где r_С – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт

,

где r_я – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт

.

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

,

где ΔP_мехДПТ – механические потери ДПТ (Приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт

,

где ΔP_мехАД – механические потери АДКЗ (Приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

.

Cosφ асинхронного двигателя

.

Коэффициент полезного действия системы

.

Cosφ системы

.

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

.

8.3 Исследование режима компенсации скольжения

Компенсация скольжения представляет собой способ стабилизации частоты вращения электродвигателя при изменении нагрузки на валу за счет повышения частоты на выходе преобразователя применением внутренней положительной обратной связи по току статора.

Перед проведением опыта вернуть ПЧ в режим скалярного управления:

– параметр a1-02=0;

– параметр e1-05=380;

Для переведения ПЧ в режим компенсации скольжения необходимо записать в параметр С3-01 значение 1…2,5.

Снять статические характеристики ω, I₁=f(M_В) аналогично предыдущим опытам, сделать выводы.

8.4 Исследование способов торможения электродвигателя

Преобразователь частоты имеет возможность совершать различные способы торможения электродвигателя в зависимости от требования технологического процесса. В процессе работы рекомендуется опробовать следующие способы торможения электродвигателя:

– остановка на выбеге;

– остановка с заданным темпом;

– торможение с подпиткой постоянным током.

В данном опыте требуется заснять процессы торможения.

Торможение на выбеге включается установкой параметра b1-03=1.

Торможение с заданным темпом включается установкой параметра b1-03=0. Время торможения задается параметром С1-02 и варьируется в пределах 0…6000 с.

Торможение с подпиткой постоянным током включается установкой в параметре b1-03 значения 2. Здесь необходимо установить частоту начала торможения постоянным током (b2-01) в пределах 0…10Гц, ток торможения (b2-02) в процентах от номинального тока инвертора, длительность торможения постоянным током (b2-03) от 0 до 10 с.

Для проведения опыта необходимо разогнать двигатель до 50Гц, затем перевести переключатель SA1 модуля ПЧ в среднее положение. Происходит торможение по запрограммированному закону.

Рекомендуется нанести осциллограммы торможения на одной сетке и оценить различия переходных процессов.

Контрольные вопросы

1. Какие способы регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей вы знаете?

2. С какой целью при регулировании частоты вращения изменяются одновременно частота и напряжение на выходе преобразователя?

3. Укажите достоинства и недостатки применения частотного регулирования?

4. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?