2.2 Устройство лабораторного стенда

Лабораторная работа выполняется на стенде №4 (рис.2.4).

В состав стенда входят:

1. Приборная панель.

2. Асинхронный двигатель с фазным ротором М1 и двигатель постоянного тока с независимым возбуждением М2 (в перспективе).

3. Электропривод на базе инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией (производства украинско-итальянской фирмы «ЭПА», г. Киев).

4. Персональный компьютер Pentium III.

5. Коммутационная аппаратура.

Электропривод включает следующие функциональные блоки (рис.2.5):

Силовая часть, которая включает в себя входной фильтр, выпрямитель, звено постоянного тока с клампером для сброса энергии, получаемой от двигателя М1 при его работе в генераторных режимах, инвертор, а также датчики выходных токов инвертора и напряжения звена постоянного тока.

Рис.2.5. Функциональная схема асинхронного электропривода.

Управляющий контроллер, в задачи которого входит получение задания на отработку скорости/момента, расчет алгоритма векторного управления АД, расчет векторной ШИМ, выдача импульсов управления ключами инвертора, а также управление ключом клампера, опрос сигналов обратных связей по току и скорости, реализация всех защитных функций, а также общее управление всей системой.

Схемы согласования сигналов между управляющей и силовой частью, которые, кроме согласования уровней сигналов, должны обеспечивать гальваническую развязку силовых и управляющих цепей, что придает более высокую помехозащищенность системе управления, а также предотвращает выход со строя системы управления при аварийных ситуациях в силовой части.

Датчик сети, основное назначение которого – слежение за питающей сетью с целью заблаговременного выявления потенциально опасных режимов работы питающей сети, приводящих к аварии силовой части электропривода. К таким режимам, в частности, относятся превышение напряжения сети допустимого уровня, перекос фаз, пропадание одной из фаз, кратковременное пропадание напряжения, и др.

Интерфейс пользователя, к которому относятся: сигналы дискретного и аналогового ввода/вывода, пульт управления, обеспечивающий ввод параметров в систему, вывод информации о состоянии системы, значениях переменных, а также сигнализацию об ошибках, сбоях либо аварийных ситуациях в системе.

Источник питания асинхронного электропривода, к которому предъявляются высокие требования в части устойчивости работы при нарушении режимов работы питающей сети. С целью обеспечения указанного условия, целесообразно выполнять источник питания импульсного типа с питанием от звена постоянного тока. Тогда, в случае пропадания напряжения сети, благодаря запасенной энергии на емкости фильтра силового выпрямителя, системе управления будет достаточно времени для определения пропадания напряжения сети и вывода системы в безопасный режим с выключением силовых ключей инвертора или аварийного торможения.

В качестве исследуемого двигателя М1 используется двигатель АИР90L4У2, основные параметры которого приведены в табл.2.1. (В перспективе планируется состыковать М1 с нагрузочной машиной постоянного тока, управляемой от преобразователя БТУ).

В качестве датчика скорости в лабораторной установке используется импульсный датчик, выполненный в сочетании с устройство распознавания направления вращения. Разрешающая способность датчика скорости 2500 имп/об.

Преобразователь частоты выполнен по традиционной схеме трехзвенного ПЧ с транзисторным инвертором с ШИМ. Величина мертвого времени инвертора составляет 1,4 мкс.

Табл.2.1. Параметры АИР90L4У2.

Параметр	Значение	Параметр	Значение
Мощность	2,2 кВт	Индуктивность статора	0,2800 Гн
Номинальное линейное напряжение USel.H	380 В	Индуктивность ротора	0,2800 Гн
Номинальная частота вращения nH	1410 об/мин	Индуктивность намагничивающего контура	0,2709 Гн
Номинальная частота напряжения fS.H	50 Гц	Коэф. мощности КПД	0,82 81,5%
Сопротивление статора RS	3,2 Ом	Номинальный момент	15 Нм
Приведенное сопротивление ротора RR	2,5 Ом	Момент инерции двигателя	0,007 кгм2

Управление преобразователем частоты осуществляется с помощи пульта управления, встроенного в стенд (рис.2.6), который предназначен также и для настройки параметров электропривода, отображения информации о текущем состоянии системы, значениях переменных. Вывод информации осуществляется с помощью пяти семи сегментных индикаторов. Ввод информации осуществляется с помощью восьми кнопок.

Рис.2.6. Расположение индикаторов и кнопок на пульте управления.

Клавиши «», «» предназначены для выбора параметра Р--хх в режиме настройки, а также для выбора индицируемой переменной в режиме работы инвертора. При индикации «P-OFF» клавиша «» осуществляет переход к параметру Р--01, а клавиша «» к параметру Р--125. Вход в режим изменения выбранного параметра осуществляется клавишей «*». Выход и режима редактирования параметра осуществляется клавишей «*». Клавиши «», «» служат для изменения величины редактируемого параметра.

Клавиша используется для пуска двигателя. Клавишаиспользуются для включения/отключения зарядного реле, а также для экстренного выключения системы с переводом двигателя в режим свободного выбега. Клавиша «» приводит к реверсированию двигателя.

В режиме редактирования параметров кнопка реверса «» позволяет быстро выйти в начало меню (символ «P-OFF»).

Основные параметры, влияющие на работу преобразователя, сведены в табл.2.2.

При работе электропривода на индикаторе пульта управления отображается обозначение и значение одной из основных переменных, список которых приведен в табл.2.3. Такт квантования по времени составляет 200 мкс.

При возникновении одной из аварийных ситуаций, инвертор отключается, а на табло мигает код аварийной ситуации.

F—1 – превышен максимально допустимый ток.

F—2 – напряжение звена постоянного тока ниже допустимого

F—3 – напряжение звена постоянного тока выше допустимого

F—7 – сбой флэш-памяти

F—9 – сработала защита инвертора (сигнал с драйвера).

Сброс аварии осуществляется нажатием на пульте кнопки «*».

Для отображения динамических переходных процессов в электроприводе в стенде используется монитор персонального компьютера, к которому через последовательный порт СОМ1 подключен преобразователь частоты. По умолчанию скорость порта 57600 бит/с. Для визуализации процессов следует запустить программу Serial_RTDX (ярлык на рабочем столе). Программа позволяет осциллографировать изменение только двух переменных одновременно (см. табл.2.4 далее).

Внешний вид окна программы показан на рис.2.7.

Для начала работы с переменными необходимо установить переключатели (1) в положение Variable и Variable2.

ВНИМАНИЕ!!! Не считывайте информацию с контроллера при переключателях установленных в положения Fixed address и Fixed address2. Чтение некоторых адресов может привести к остановке выполнения программы контроллером и вызвать неконтролируемый режим работы системы.

В текстовой области Reading time (sec) указывается интервал времени для чтения данных (2). Может быть установлен в диапазоне от 0,1 с до 20 с.

Табл.2.2. Список параметров, подлежащих настройке.

Параметр	Описание	По умолч.
P--1	Заданная частота .	25 Гц
P--2	Время разгона до номинальной частоты.	1 с
P--3	Время торможения с номинальной частоты.	1с
P--4	Запоминание последней рабочей скорости (0/1).	0
P--5	Тип реверса (с остановкой или без – 1/0).	0
P--6	Источник задания на скорость (0 – клавиатура, 1 – аналоговый вход).	0
P--14	Напряжение включения клампера в звене постоянного тока.	650 В
P--15	Коэффициент пропорционального регулятора напряжения в звене постоянного тока.	40
P--19	Включение алгоритма компенсации мертвого времени инвертора. (0 – выключен, 1 – включен)	1
P--20	Параметр компенсации мертвого времени инвертора	16
P--33	Частота ШИМ. (0 – 2,5 кГц, 1 – 5 кГц, 2 – 10 кГц)	2
P --34	Алгоритм управления. 0 – частотное, 1 –улучшенное векторное, 2 – стандартное векторное управление	0
P--35	Добавочный поток для частотного управления. Указывается в процентах от номинального потока.	0
P--36	Время возбуждения.	0,5 с
P--51	Коэффициент пропорциональной части РТ.	500
P--52	Коэффициент интегр. части РТ, умножаемый на 100.	1250
P--53	Коэффициент пропорциональной части РС.	100
P--54	Коэффициент интегральной части РС.	5000
P--65	R1 – сопротивление статора	3,2 Ом
P--66	R2 – сопротивление ротора	2,5 Ом
P--67	L1 – индуктивность статора	0,2800 Г
P--68	L2 – индуктивность ротора	0,2800 Г
P--69	Lm– индуктивность намагничивающего контура	0,2709 Г
P--70	J- момент инерции	0,007 кгм2
P--71	Коэффициент вязкого трения	2,65
P--72	Номинальный поток двигателя	0,96 Вб
P--73	Номинальный ток двигателя	5 А
P--74	Номинальное напряжение двигателя (фазное)	220 В
P--75	Номинальная частота двигателя, Гц	50 Гц
P--76	Число пар полюсов	2
P--78	Максимально допустимый мгновенный ток инвертора.	15 А
P--79	Уставка ограничения тока (только при вект. упр.).	10 А
P --80	Минимально допустимое значение Udc	200 В
P --81	Максимально допустимое значение Udc.	680 В
P --86	Разрешающая способность датчика скорости	2500 имп/об
P –117	Отключение измерения напряжения звена постоянного тока. 0 – измерение включено (обязательно); 1 – режим первичного тестирования системы (все защиты и алгоритм управления клампером при этом не работают!) (Изменять запрещается!)	0

Табл.2.3. Индицируемые переменные.

Символ	Переменная
	Заданная скорость
	Заданная частота
	Действующий ток двигателя
	Действующее напряжение двигателя
	Потребляемая мощность
	Напряжение звена постоянного тока
	Измеренная скорость двигателя