Работа № 13. Исследование замкнутой системы «преобразователь частоты – асинхронный двигатель»
Цель работы
Изучить работу частотного преобразователя в замкнутой системе. Изучить методику настройки контуров регулирования тока и скорости замкнутой системы электропривода. Снять экспериментальные характеристики замкнутой по скорости системы ПЧ-АД.
Программа работы
1. Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (Приложение Б).
2. Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-АД.
3. Подготовить преобразователь к работе.
4. Настроить ПИ-регулятор контура тока статора.
5. Настроить ПИ-регулятор контура скорости.
6. Исследовать замкнутую систему электропривода.
7. Составить отчет и сделать заключение по работе.
Пояснения к работе
1. В лабораторной работе используются следующие модули:
– модуль питания стенда (МПС);
– модуль питания (МП);
– силовой модуль (СМ);
– модуль преобразователя частоты (ПЧ);
– модуль тиристорного преобразователя (ТП);
– модуль ввода/вывода (МВВ).
2. Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на рис. 1.
Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к регулируемому источнику постоянного тока модуля ТП, Обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП.
Тиристорный преобразователь должен быть переведен в режим регулирования момента (Приложение В).
Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты через датчики тока и напряжения силового модуля.
Выходы датчиков тока и напряжения силового модуля, а также ПЧН подключаются непосредственно к входам ADC1, ADC2, ADC3 модуля МВВ.
Выход датчика тока модуля ТП подключается ко входу АDC4 модуля МВВ, а датчика напряжения – ко входу ADC5.
Преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380В от модуля питания.
Рис. 1. Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД
Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО DeltaProfi и лабораторная работа «Исследование замкнутой системы ПЧ-АД».
3. 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.
– переключатель "Сеть" модуля ТП перевести в нижнее положение, тумблер SA3 – в положение «Руч», SA4 – в положение «НМ», SA6 – в нижнее положение, SA5 – в среднее положение;
– переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в нижнее положение, SA1 – в среднее положение «Стоп», SA2 – в положение «Скорость» потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между клеммами XS1 и XS2 модуля, соединить специальным кабелем разъемы «ДС» модуля ПЧ и X1 силового модуля;
– собрать схему для исследования системы ПЧ-АД.
3. Подготовка частотного преобразователя для работы в замкнутой системе
В режиме замкнутой по скорости системы преобразователь частоты держит заданную частоту вращения электродвигателя, изменяя выходную частоту и напряжение в соответствии с сигналом обратной связи по скорости, поступающим с импульсного датчика скорости, установленном на валу двигателя.
Для переведения ПЧ в данный режим необходимо:
– подать напряжение на ПЧ последовательным включением автоматов QF1, QF2 МПС и МП соответственно;
– на экране появится сообщение об ошибке Br.th;
– установить переключатель SA3 «Разрешение» в положение 0;
– в параметре 0.00 вести значение 1233 (сброс параметров ПЧ на заводские настройки);
– установить значение параметра 0.00 на 1253 (разрешение на изменение работы преобразователя);
– установить значение параметра 0.48 на CL.VECT (выбор режима работы преобразователя как замкнутой системы);
– нажать кнопку «Стоп-Сброс».
– установить в параметре 0.51 значение 8;
– нажать кнопку «Стоп/сброс».
Ввести паспортные данные подключенного электродвигателя:
– число полюсов (0.42);
– номинальный коэффициент мощности (0.43);
– номинальное напряжение двигателя (0.44);
– номинальная скорость (0.45);
– номинальный ток двигателя (0.46);
– номинальная частота питающего двигатель напряжения (0.47).
Для просмотра всех параметров меню необходимо занести в параметр 0.49 значение L2, нажать кнопку «Стоп-Сброс»;
В параметр 03.34 занести количество импульсов на один оборот датчика скорости (500 имп/об).
Параметр 3.40 установить в «0».
После записи этих параметров необходимо произвести автонастройку ПЧ:
– в параметр 0.40 ввести значение «2»;
– подать разрешение на работу ПЧ (тумблер SA3);
– выбрать направление вращения (переключатель SA1) – преобразователь начнет процедуру самонастройки. Если появится сообщение tunE2, убрать разрешение на работу ПЧ и поменять местами фазы А и В электродвигателя, после чего нажать кнопку «Сброс». Повторить автонастройку. В случае успешного проведения процедуры параметр 0.40 устанавливается в «0».
После процедуры автонастройки установить режим быстрой рампы (2.04=FAST), установить время торможения при полной мощности (10.30=2).
4. Настройка ПИ-регулятора контура регулирования тока статора
4.1. Настройка замкнутого контура регулирования тока (КРТ) статора выполняется при заторможенном роторе электродвигателя. Торможение двигателя осуществляется путем установки металлического стержня полумуфту электромашинного агрегата.
4.2. Настройка П-канала регулятора тока статора
Настройку производить по переходной функции замкнутого контура, начиная с минимального значения коэффициента усиления пропорционального канала РТ.
Последовательность действий следующая:
– установить значение параметра 04.11 на 1 (разрешение регулирования момента);
– установить значение параметра 04.08 на 0 (задание момента в КРТ);
– установить значение параметра 04.14 на 0 (коэффициент усиления И–канала звена регулятора тока);
– установить значение параметра 04.13 на 50 (минимальный коэффициент усиления П–канала регулятора);
– включить переключатель SA3 «Разрешение» на лицевой панели модуля в положение «1»;
– включить переключатель SA1 в положение «Вперед»;
– установить значение параметра 04.08 на 100, задавая, таким образом, скачок задания на вход контура тока;
– на дисплее ПК наблюдать процесс нарастания момента (активного тока) двигателя;
– установить значение параметра 04.08 на 0;
– повторить пункты, установив другое значение параметра 04.13;
Критерием оптимизации переходной функции принимается минимум перерегулирования и максимум быстродействия контура регулирования тока.
Зафиксировать полученные в ходе настройки оптимальные значения П-регулятора тока. Снять осциллограмму IЯ(t) при скачке задания тока.
4.3. Настройка И-канала регулятора тока статора
Настройку производить по переходной функции замкнутого контура.
Последовательность действий следующая:
– установить значение параметра 04.08 на 0 (задание момента в КРТ);
– установить значение параметра 04.14 на 100 (минимальный коэффициент усиления И–канала регулятора тока);
– установить значение параметра 04.08 на 100, задавая, таким образом, скачок сигнала задания на вход контура тока;
– на дисплее ПК наблюдать процесс нарастания момента (активного тока) двигателя;
– установить значение параметра 04.08 на 0;
– повторить пункты, установив другое значение параметра 04.14.
Зафиксировать полученные в ходе настройки оптимальное значение. Снять осциллограмму IЯ (t) при скачке задания тока.
Переключатель SA3 «Разрешение» перевести в нижнее положение, SA1 – в среднее положение.
После настройки контура тока из агрегата удалить металлический стержень и установить параметр 04.11=0.
5. Настройка ПИ-регулятора контура регулирования скорости (частоты) вращения
5.1. Последовательность настройка контура скорости
Настройка замкнутого контура регулирования скорости выполняется на холостом ходу и сводится к экспериментальному подбору оптимальных величин параметров П- и И-каналов регулятора.
Значение частоты вращения снимается с виртуальных приборов компьютера, а также на индикаторе модуля СМ.
5.2. Настройка П-канала регулятора скорости
Настройку производить по переходной функции замкнутого контура, начиная с минимального значения коэффициента усиления пропорционального канала РТ.
Последовательность действий следующая:
– в параметре 6.01 установить значение COAST (торможение на выбеге);
– установить значение параметра 03.16 на 0;
– установить значение параметра 0.08 (03.11) на 0 (коэффициент усиления И–канала регулятора скорости РС);
– установить значение параметра 0.09 (03.12) на 0 (коэффициент усиления Д–канала звена РС);
– установить коэффициент усиления П–канала звена РС на 0.0010 – параметр 0.07 (3.10);
– установить значение параметра 0.03, 0.04 на 0 (время разгона и торможения привода);
– включить переключатель SA3 «Разрешение» в положение «1»;
– включить переключатель SA2 в положение «Вперед»;
– потенциометром RP1 установить скорость вращения вала электродвигателя 0,1– 0,2 от номинальной;
– на дисплее ПК наблюдать процесс нарастания скорости двигателя. Подавая и снимая скачок задания скорости переключателем «Вперед», снять переходные процессы системы электропривода;
– подобрать и запомнить оптимальный коэффициент усиления П–канала звена РС с заданным уровнем вращения двигателя параметр 0.07 (3.10);
Зафиксировать в ходе настройки различные значения П-канала. Снять осциллограмму n(t) при скачке значения скорости.
Критерием оптимизации переходной функции принимается минимум перерегулирования и максимум быстродействия контура регулирования скорости.
5.3. Настройка И- канала регулятора скорости
Настройку производить по переходной функции скорости замкнутого контура.
Последовательность действий следующая:
– установить значение параметра 0.08 (03.11) на 0.10 (коэффициент усиления И–канала регулятора скорости РС);
– подавая и снимая скачок задания скорости переключателем «Вперед», снять переходные процессы системы электропривода;
Зафиксировать в ходе настройки различные значения ПИ-регулятора. Снять осциллограмму n(t) при скачке значения скорости.
6. Снятие регулировочных характеристик замкнутой системы
Регулировочные характеристики настроенной замкнутой системы электропривода снимаются при фиксированном моменте статической нагрузки Мс = const.
Экспериментально снять следующие характеристики:
– частоты вращения АД n = f(fС);
– тока статора IС = f(fС);
– напряжение статора UС = f(fС);
Нагрузка задается двигателем постоянного тока.
В преобразователе частоты наблюдать следующие параметры:
4.02 – активный ток статора;
4.17 – ток намагничивания;
5.01 – частота задания
Напряжение статора UС, ток статора IС, ток нагрузки IЯ и частоту вращения n наблюдать на компьютере.
Опыт проводится в следующей последовательности:
– тиристорный преобразователь перевести в режим регулирования момента (Приложение Б);
– SA3 «Разрешение» модуля ПЧ перевести в верхнее положение;
– переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения;
– потенциометром RP1 задать выходную частоту 50 Гц;
– включить кнопку «Сеть» модуля ТП, SA6 «Разрешение» перевести в верхнее положение;
– переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление вращения;
– потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки 0,5…1А;
– изменяя потенциометром RP1 модуля ПЧ частоту задания, снять характеристики.
Данные опыта занести в табл. 1.
Таблица 1
IЯ = |
|||||||
IC, А |
|
|
|
|
|
|
|
IА, А |
|
|
|
|
|
|
|
I, А |
|
|
|
|
|
|
|
UC, В |
|
|
|
|
|
|
|
n, рад/с |
|
|
|
|
|
|
|
После проведения опыта убрать нагрузку, SA5 модуля ТП перевести в среднее положение, SA6 «Разрешение» – в нижнее положение. Снять частоту задания ПЧ, SA1 перевести в среднее положение, SA3 в нижнее положение.
7. Снятие временных диаграмм пуска электропривода
В настроенной системе электропривода снять осциллограммы пуска электропривода на холостом ходу до скорости, задаваемой преподавателем:
– тока статора IС=f(t);
– частоты вращения n=f(t).
Пуск электропривода удобнее создавать переключателем SА1 модуля ПЧ.
Опыт проводится в следующей последовательности:
– переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в верхнее положение;
– переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения;
– потенциометром RP1 модуля ПЧ задать частоту вращения (указывается преподавателем);
– тумблер SA1 перевести в среднее положение;
– переведя тумблер SA1 в любое крайнее положение, осуществить пуск электропривода.
При обработке осциллограмм пуска электропривода определить и указать показатели процесса:
– максимальное значение тока статора при разгоне IСМ;
– время достижения максимума tМ;
– время переходного процесса разгона электропривода tПП.
Данные занести в таблицу 2.
Таблица 2
-
IСМ
tМ
tПП
А
с
с
8. Снятие механических характеристик замкнутой системы
Механические и электромеханические характеристики в настроенной системе электропривода снимаются как в двигательном, так и в генераторном (рекуперативном торможении) режимах работы АД. При работе АД в двигательном режиме ДПТ включается на направление вращения встречно вращению АД, при работе АД в режиме рекуперативного торможения – согласно с вращением ДПТ. Характеристики снимаются при двух сигналах задания, величина которых задается преподавателем.
Экспериментально снять статические характеристики электропривода:
– механическую n = f(MС);
– электромеханическую n = f(IС);
– внешнюю UС = f(MС);
Опыт проводится в следующей последовательности:
– переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в верхнее положение;
– переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения;
– потенциометром RP1 модуля ПЧ задать частоту вращения (указывается преподавателем);
– переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление вращения;
– изменяя потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки.
Данные опыта занести в табл. 3.
– тумблером SA5 модуля ТП изменить направление вращения и повторить опыт.
Таблица 3
МС, Н·м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IЯ, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UС, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IC, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После проведения опыта убрать нагрузку, SA5 модуля ТП перевести в среднее положение, SA6 «Разрешение» – в нижнее положение. Снять частоту задания ПЧ, SA1 перевести в среднее положение, SA3 в нижнее положение.
Расчетные формулы:
Момент статический, Н·м
,
,
где UН – номинальное напряжение ДПТ (Приложение В);
0 – синхронная частота вращения ДПТ (Приложение В).
9. Переходные процессы при приложении момента статической нагрузки
Наброс и снятие нагрузки осуществляется включением-выключением переключателя SА5 модуля ТП. Снять осциллограммы:
– тока статора IС=f(t);
– частоты вращения n=f(t).
Опыт проводится в следующей последовательности:
– переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в верхнее положение;
– переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения;
– потенциометром RP1 модуля ПЧ задать частоту вращения (указывается преподавателем);
– переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление вращения;
– потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки (указывается преподавателем);
– включением-выключением переключателя SА5 модуля ТП осуществлять наброс и снятие нагрузки.
При осциллографировании фиксировать значения регистрируемых величин в установившихся режимах для определения их масштабов на осциллограммах.
При обработке осциллограмм переходных процессов при скачкообразном приложении МС определить и указать показатели процесса:
– динамическое падение скорости ΔnП в переходном процессе;
– время tМ достижения скоростью величины ΔnП;
– время переходного процесса tП;
– максимум тока якоря во время процесса IСМ.
Данные занести в табл. 4.
Таблица 4
Δnп |
tМ |
tП |
IЯМ |
|
с |
с |
А |
|
|
|
|
После проведения опытов установить все переключатели модулей в исходное состояние. Отключить автоматы QF2 и QF1 модулей МП и МПС соответственно.
Контрольные вопросы
1. В чем разница разомкнутой и замкнутой вариантов реализации систем регулирования?
2. Что такое система подчиненного регулирования?
3. Какие контуры регулирования в настраиваемой системе регулирования существуют?
4. В каком порядке выполняется настройка замкнутой системы регулирования?
5. Для чего предназначен П–канал регулятора? И–канал? В чем разница в их настройке?
6. Что можно сказать о соотношении качественных показателей контура регулирования тока и скорости?