1 Лабораторная работа 13 изучение и параметризация

ЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА MICROMASTER 440

. «

Цель работы: изучение и параметризация цифровой системы управления элевстроприводом (СУЭП) Micromaster 440.

1.1 Основные сведения о частотном преобразователе Micromaster 440

Преобразователи Micromaster 440 ф. SIEMENS являются серийными преобразователями для регулирования выходных координат трехфазных асинхронных электроприводов за счет регулирования частоты тока статора. Поставляемые комплектные электроприводы имеют диапазон мощностей от 120 Вт до 75 кВт.

Силовые модули изготовлены на основе биполярных транзисторов с изолированными затворами по современной IGBT- технологии (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Транзисторные ключи частотных преобразователей управляются микропроцессорными комплектами (контроллерами) по системе широтно- импульсной модуляции с выбором несущей частоты коммутации.

Микропроцессорные системы управления электроприводов с помощью интерфейсных модулей могут интегрироваться в системы автоматизации верхних уровней иерархии.

Пользовательские характеристики Micromaster 440:

• модульная конструкция привода позволяющая реализовать гибкость конфигурации, его параметризацию и отладку;

• высокое быстродействие системы управления;

• соответствие международным нормам электромагнитной совместимости;

• возможность работы с соизмеримым источником мощности;

• удобное присоединение проводов;

• наличие релейных выходов;

• наличие аналоговых выходов 0-20 мА;

• наличие б-ти изолированных переключаемых pnp/npn дискретных входов;

• наличие двух аналоговых входов:

AIN1 (0-10 В, 0-20 мА или -10 ...+ 10 В)

AIN2 (0-10 В, 0-20 мА);

• высокая частота коммутации (2-16 кГц) обеспечивает бесшумность в работе;

• возможность получения информации о состоянии параметров электропривода;

• возможность обмена данными с внешним компьютером;

• наличие базовой и расширенной панели оператора;

• наличие интерфейсных модулей позволяют выполнить обмен информацией по шине Profibus.

Электропривод Micromaster 440 имеет следующие функциональные возможности:

• векторное регулирование выходных координат привода без датчика скорости; «;

• мгновенное ограничение тока статора без отключения электродвигателя;

• динамическое и рекуперативное торможение;

• регулирование времени разгона и торможения привода;

• использование PID - регулятора с автоподстройкой;

• встроенное прерывание торможения;

• 4-х точечная интенсивность сглаживания;

• формирование пользователем параметров скалярного управления по закону U/f = const;

• перенесение установленных параметров на другие приводы этой серии.

Электропривод Micromaster 440 имеет следующие защиты:

• от повышения и понижения напряжения;

• частотного преобразователя от перегрева;

• от замыкания на землю;

• от коротких замыканий;

• от перегрева электродвигателя косвенного действия типа Л

• от перегрева электродвигателя прямого действия с термисторными датчиками.

переменного тока

Схема питания электропривода приведена на рис. 1.1.

Двигятмь

Трехфазное питание преобразователя

Рисунок 1.1 - Схема питания электропривода

Схема силовой части электропривода MICROMASTER 440 представлена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 —Инвертор на IGBT транзисторах как основа силовой части электропривода переменного тока

На шины постоянного тока, обозначенные на рисунке DC- и DC+ подается напряжение с трехфазного выпрямительного моста. В случае, если схема питается от стандартной трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением 380 В, тогда напряжение на шинах постоянного тока будет приблизительно равняться 510 В. Пульсации напряжения сглаживаются конденсатором, подключенным к шинам постоянного тока. После отключения напряжения питания, этот конденсатор разряжается в течение 4-5 минут и на шинах все еще присутствует напряжение, поэтому даже при отключенном преобразователе проводить какие либо работы с электроприводом можно только по истечении 5-и минут.

Трехфазный инвертор на IGBT транзисторах преобразует постоянное напряжение в 3-хфазное напряжение переменное по амплитуде и частоте, и тем самым в электродвигателе образуется вращающееся электромагнитное поле. Например, для того, чтобы пропустить ток в одном направлении через обмотку двигателя 1-2, достаточно открыть транзисторы Т1 и Тб, для противоположного направления тока открываются транзисторы ТЗ и Т4. Однако здесь требуется менять не только направление тока, но и его амплитуду и частоту. Для этого используется метод широтно-импульсной модуляции. Общий вид тока и напряжения в обмотке двигателя при использовании метода широтно-импульсной модуляции приведен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 —Вид тока и напряжения в обмотке двигателя при широтно-импульсной модуляции.

Сущность метода широтно-импульсной модуляции можно объяснить на примере работы фрагмента электрической схемы инвертора напряжения, изображенного на рис. 1.4 _f

DC+

к двигателю

DC-

Рисунок 1.4- Фрагмент электрической схемы инвертора напряжения

Транзисторы Т1 и Т2 попеременно подключают точку А схемы то к отрицательному, то к положительному полюсу. Диаграмма работы транзисторов поясняется на рисунке 4. Внутри микропроцессорного котроллера, управляющего работой транзисторов, работает таймер, содержимое которого «Т» линейно нарастает по времени, дохоДит до максимального значения, обнуляется и далее процесс циклически повторяется. Содержимое таймера постоянно сравнивается с некоторой уставкой «г». Причем, если содержимое таймера меньше значения уставки, то открыт транзистор Т1 (время tl), если же содержимое таймера больше значения уставки, то открыт транзистор Т2 (время 12).Причем транзисторы не могут быть открыты одновременно. Делитель из двух резисторов, изображенный на схеме, обеспечивает нулевой потенциал в точке О.

Таким образом, при открытии транзистора Т1 потенциал точки А относительно точки О равен половине выпрямленного напряжения - Ud/2 и имеет положительный знак, при открытии транзистора Т2 потенциал точки А так же равен половине выпрошенного напряжения - Ud/2, но имеет уже отрицательный знак. Следовательно, среднее значение напряжения между точками О и А за период работы упомянутого внутреннего таймера (Т_мод.) будет определяться соотношением времени открытого состояния транзисторов Т1 и Т2 (рис. 1.5).

т zl		z2	RjR	тЯ		t
tl 1 t2		* ,	а	tl	а
Тиоя		Тип.		Т..

tl=t2;U_OA=0 tt<t2;UoA<0 tIX2;UoA>0

Рисунок 1.5 —Диаграмма работы транзисторов Т1 и Т2

Изменяя во времени уставку z по синусоидальному закону, можно получить синусоидальное напряжение в точке А. Среднее значение напряжения за период Т_мод. можно определить по формуле 1.1. Рисунок 1.6 демонстрирует геометрический смысл формулы 1.1.

ti	t2 t
Тмо

Щ 2

Ud ' 2

Рисунок 1.6 — График изменения напряжения за один период модуляции

ЩШ1

U_cp= ² „ ² (1.1)

(1.2)

Несмотря на то, что напряжение, прикладываемое к обмотке двигателя, имеет форму прямоугольных импульсов, ток в обмотке не может мгновенно спадать и увеличиваться вследствие действия ЭДС самоиндукции. Поэтому, если среднее значение напряжения за период Т_мод. меняется во времени по синусоидальному закону, то форма кривой тока тоже будет близкой к синусоидальной, хотя и будет обладать некоторой зубчатостью (смотри рис. 1.2).

Для того, чтобы не возникало опасных перенапряжений, вызванных ЭДС самоиндукции при запирании транзисторов, каждый транзистор шунтируется диодом.

Величина, обратная периоду работы внутреннего таймера Тмод., называется частотой модуляции (формула 2). В электроприводе MICROMASTER может быть выбрана частота модуляции - 2 кГц ; 4 кГц ; 8 кГц ; 16 кГц. В случае выбора большей частоты модуляции кривая тока в большей степени соответствует синусоиде, т. е. ее зубчатость уменьшается. Однако, большая частота модуляции приводит к увеличению * тепловых потерь в инверторе и увеличению электромагнитных помех, излучаемых преобразователем.

Силовая схема электропривода MICROMASTER 440, приведенная на рис. 1.2 имеет важную особенность. В случае перехода двигателя в генераторный режим, отдача энергии в сеть в этой схеме невозможна, т.к. выпрямительный мост (звено постоянного тока) состоит из диодов. Для отвода энергии открывается транзистор Тв и включается в работу балластное сопротивление Rb. Но этот процесс не должен длиться слишком долго, т.к. Ложет произойти перегрев сопротивления Rb.