МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Кафедра :

Електропостачання та електрообладнання

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

з курсу „Мікропроцесорні системи керування електроприводом”

ДОСЛІДЖЕННЯ СХЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

Виконав(ла)

Студент(ка) групи

Прийняв(ла)

_________________________

Івано-Франківськ

2012 р.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ДОСЛІДЖЕННЯ СХЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

Мета роботи: ознайомлення з структурною схемою системи керування електроприводу та дослідження механічних характеристик двигуна постійного струму з незалежним збудженням

1 Основні теоретичні положення

Сучасний привід представляє собою автоматизовану систему, що складається з електродвигуна, силового перетворювача і ,як правило, мікропроцесорної системи керування.

Мікропроцесорні системи керування підтримують задані характеристики електроприводу на протязі всього терміну роботи, а при необхідності можуть корегуватися шляхом вдосконалення алгоритмів на програмному рівні. Це дозволяє, не змінюючи структури системи керування, покращувати її ефективність, а в кінцевому результаті збільшити термін роботи електрообладання та знизити експлуатаційні витрати. Крім того, використання мікропроцесорної системи керування електроприводом дозволяє забезпечити ефективну систему діагностики електроприводу.

Для прикладу розглянемо структурну схему системи керування асинхронним електроприводом з одним електродвигуном (рис. 1.1).

До складу системи керування електроприводом входять:

- пульт керування;

- мікропроцесорна система керування;

- системи керування інвертором напруги;

- датчик постійної напруги;

- датчик постійного струму;

- датчики змінного струму за числом фаз;

- датчик обертів електродвигуна;

- монітор.

Рисунок 1.1 – Структурна схема системи керування

Система керування асинхронним електроприводом підпорядкована і складається з трьох рівнів. Найвищу ієрархію має пульт керування. На другому рівні знаходиться мікропроцесорна система керування. Системи керування інвертора напруги має найнижчий третій рівень.

Зв’язок між пультом керування та мікропроцесорною системою керування здійснюють цифровим каналом зв’язку CAN1, а зв’язок між мікропроцесорною системою керування та системою керування інвертора напруги – цифровим каналом зв’язку CAN2.

Датчики постійної напруги та постійного струму необхідні для формування зворотного зв’язку за потужністю. Датчики змінного струму необхідні для формування зворотного зв’язку з фазного струму. Датчик обертів електродвигуна необхідний для частотного каналу. Монітор відображає режим роботи електроприводу. В якості датчиків частоти обертання електродвигуна можна використовувати датчики типу HIA фірми HEINZMANN або типу KMG-2H фірми «Красс Маффай». Вказані датчики імпульсів призначені для безконтактного сприйняття параметрів руху зубчатого колеса або зубчатої рейки.

Для прикладу розглянемо датчик типу KMG-2H. За імпульсами напруги, що одержані на виході датчика, можна судити про число оборотів, швидкість руху і прискорення, а завдяки вбудованій в датчик другій сприймаючій системі - напрям обертання і напрям поступального руху. Як перша, так і друга система діють аж до моменту абсолютного спокою. Для обох систем нижня межа частоти обертання складає 0 Гц. Системи мають однакове конструктивне виконання, працюють від одного загального джерела електроживлення і можуть взаємно контролюватися в процесі експлуатації. Кожна з двох сенсорних систем датчика виконана на магнітних чутливих елементах, розташованих на одному загальному для двох систем постійному магніті і включених за диференціальною схемою. Сенсорні системи сприймають зміни параметрів магнітного поля, що вносяться зубчатим колесом при його русі. Конструктивні параметри датчика вибрані так, щоб при модулі зубчатого колеса, що дорівнює 2, на обидва виходи поступали сигнали зі зсувом за фазою один щодо одного на 90°. Для забезпечення необхідної перешкодостійкості, кожний з двох вихідних сигналів подається спочатку на схему запуску з операційним підсилювачем на виході. Вихідний сигнал стійкий до коротких замикань і має певний залишковий рівень імпульсу (відмінний від нуля), завдяки чому правильність функціонування електронного вузла може перевірятися за сигналом на його виході не тільки в режимі видачі імпульсів, але і в режимі спокою. Для перевірки застосовують зовнішній електронний пристрій. Тим самим забезпечують можливість розпізнавання обриву, короткого замикання або шунтування в сполучній лінії датчика. Обидві сенсорні системи, а також електронний блок розміщуються в міцному, захищеному від корозії металевому патрубку з фланцем, що дозволяє застосовувати їх в несприятливих умовах навколишнього середовища.

Узгодження механічної характеристики робочого механізму та електродвигуна має важливе значення для правильного проектування та економічної експлуатації електропривода.

Механічна характеристика двигуна являє собою залежність ω=f(М) або М=f(S) зміни швидкості обертання ротора від величини моменту М на валу (або моменту на валу від ковзання S ).

Жорсткість механічної характеристики - це відношення різниці електромагнітних моментів, які розвиває електродвигун до відповідної різниці швидкостей. Жорсткість показує як змінюється момент електродвигуна при зміні швидкості.

Схема будь-якого перетворювача частоти складається із силової й керуючої частин. Силова частина перетворювачів зазвичай виконана на тиристорах або транзисторах, які працюють у режимі електронних ключів. Керуюча частина виконується на цифрових мікропроцесорах і забезпечує керування силовими електронними ключами, а також рішення великої кількості допоміжних завдань (контроль, діагностика, захист).

Тиристор – це напівкерований прилад: для його включення досить подати короткий імпульс на керуючий відвід, але для вимикання необхідно або прикласти до нього зворотну напругу, або знизити струм, що комутується, до нуля. Для цього в тиристорному перетворювачі частоти потрібна складна й громіздка система керування.

Головним достоїнством тиристорних перетворювачів частоти є здатність працювати з великими струмами й напругами, витримуючи при цьому тривале навантаження й імпульсні впливи.

Перетворювачі частоти на тиристорах у цей час займають домінуюче положення у високовольтному приводі в діапазоні потужностей від сотень кіловатів і до десятків мегаватів з вихідною напругою 3 - 10 кВ і вище. Однак їхня ціна на один кВт вихідної потужності сама велика в класі високовольтних перетворювачів.

При використанні тиристорів в регулюючих приводах постійного струму застосовується фазово-імпульсний спосіб регулювання випрямленої напруги.

Він полягає в тому, що до керуючих електродів тиристорів подаються імпульси струму керування, які здійснюють увімкнення тиристорів у відповідні моменти часу.

Середнє значення випрямленої напруги в двохпівперіодній схемі випрямлення визначається рівнянням:

, (1.1)

де U1-напруга змінного струму;

- кут відкриття тиристора.

Підставивши значення напруги (1.1) в рівняння швидкісної характеристики двигуна постійного струму і провівши перетворення, отримаємо рівняння механічної характеристики тиристорного електроприводу:

, (1.2)

, (1.3)

де М – момент на валу; Ія – струм якоря;

Rя – опір якірного кола;

Ф – магнітний потік.

Механічні характеристики ω = f(Мв) подані на рис.1.2

ω

Рисунок 1.2 – Механічні характеристики двигуна при різних кутах відкриття тиристора