Некоммерческое

Некоммерческое акционерное общество

Кафедра электрических машин и электропривода

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Методические указания по выполнению лабораторных работ для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика

Алматы 2020

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА

СОСТАВИТЕЛИ: И.Т. Алдибеков, С.Б. Алексеев. Оценка эффективности применения регулируемых промышленных электроприводов.

Методические указания по выполнению лабораторных работ для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика. – Алматы:

АУЭС, 2020. – 47 с.

Методические указания содержат необходимые теоретические положения, программу выполнения работ, методику подготовки и проведения экспериментов, анализ полученных результатов.

Ил. – 12, библиогр. – 4 назв.

Рецензент: Елеукулов Е.О., доцент кафедры Электроники и робототехники

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева» на 2020 г.

©НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», 2020 г.

1 Лабораторная работа № 1. Настройка параметров и управление преобразователем частоты Unidrive SP1401

Цель работы: изучение способов управления преобразователем, настройка и контроль параметров электропривода.

1.1 Программа работы

1.1.1 Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (приложение Б).

1.1.2 Изучить схему для исследования ПЧ.

1.1.3 Опробовать управление приводом с кнопочной панели и с лицевой панели модуля.

1.2 Схема исследования преобразователя частоты Схема для исследования ПЧ приведена на рисунке 1.1.

Преобразователь частоты подключается к напряжению 3x380В от модуля питания.

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ через датчики тока и напряжения.

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

– переключатель SA3модуля ПЧ перевести в нижнее положение, SA1 – в среднее положение, SA2 – в положение «Скорость», потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между ХS1 и ХS2;

– для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО DeltaProfi и соответствующая лабораторная работа.

1.3 Управление ПЧ от кнопочной панели

Преобразователь частоты имеет возможность получать сигналы управления от кнопочной панели или с внешних элементов управления.

Сигналы управления разделяются на логические сигналы изменения состояния привода, а также на аналоговые сигналы задания частоты, момента, и т. д.

Перед изучением способов управления преобразователем необходимо ознакомиться со способами программирования ПЧ (приложение A), а также сбросить все настройки ПЧ на заводские. Для этого установить в параметре 0.00 значение 1233, подтвердить действие нажатием кнопки , затем нажать кнопку (Стоп/Сброс).

Установить требуемые настройки:

– используя каталожные данные на асинхронный двигатель (приложение Б), ввести в преобразователь параметры двигателя:

0.43 – коэффициент мощности (не должен быть равен 0);

0.44 – номинальное напряжение;

0.45 – номинальная скорость (об/мин);

0.46 – номинальный ток;

0.47 – номинальная частота.

– выполнить самонастройку привода. При этом частотный преобразователь кратковременно включает асинхронный двигатель, выполняет расчет значения cosφ ненагруженного двигателя и определяет число пар полюсов. Самонастройка выполняется следующим образом:

а) установить параметр 0.40 в «2», после того, как дисплей перейдёт в режим индикации, нажать кнопку «Сброс»;

б) переключить тумблер «Разрешение» SA3 в положение «1» и переключатель SA1 в положение «Вперед», двигатель совершит несколько оборотов вала и параметр 0.40 автоматически установится в нулевое значение;

в) переключить тумблер «Разрешение» в положение «0», переключатель SA1 – в среднее положение;

г) после проведения самонастройки преобразователя проверить параметры 0.42–0.47;

д) сохранить новые измененные значения параметров. Для этого установить в параметр 0.00 значение 1000, утвердить изменения и нажать кнопку «Сброс».

A B C

A B C

A1 B1 C1

М1

МП ПЧ

N

ДТ

ДН

ADC1

ADC2

ПЧН ADC3 СМ

Рисунок 1.1 – Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД Для управления приводом с кнопочной панели преобразователя:

– установить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «0»;

– установить в параметр 0.01 значение «0» (минимальная выходная частота, Гц), а в параметр 0.02 – значение «50» (максимальная выходная частота, Гц);

– установить в параметр 1.14 значение «4» или «Pad» для управления от кнопочной панели преобразователя;

– для разрешения реверса двигателя необходимо установить в параметре 6.13 значение «On»;

– переключить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «1»;

– выбрать параметр 0.10 (скорость двигателя в об/мин);

– для запуска преобразователя нажать («Пуск»), после чего появится сообщение «run» (преобразователь работает);

– нажать кнопку «» – «Вверх» для увеличения скорости двигателя и соответственно кнопку «» – «Вниз» для ее уменьшения (на верхнем дисплее высвечивается скорость двигателя в об/мин);

– нажать «Стоп/Сброс», и величина скорости снизится до нуля в соответствии с величиной замедления, указанной параметром 0.04. Нижний дисплей покажет dEC, а затем «rdY»;

– при повторном запуске (кнопка ) скорость двигателя возрастет до того значения, при котором было произведено отключение в соответствии с величиной ускорения, указанной параметром 0.03;

– опробовать реверс двигателя нажатием на кнопку ;

– для полной остановки преобразователя тумблер «Разрешение»

перевести в положение «0».

1.4 Управление приводом с внешних элементов

Для управления электроприводом с внешних элементов необходимо отключить управление с кнопочной панели и определить аналоговые и дискретные входы частотного преобразователя:

– установить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «0», потенциометр RP1 в нулевое положение (крайнее левое положение), переключатель SA1 «Направление вращения» в среднее положение;

– установить в параметре 1.14 значение «A1.A2» для внешнего управления;

– выбрать параметр 0.10;

– переключить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «1»;

– переключателем SA1 выбрать направление вращения «Вперед»;

– потенциометром RP1 задать скорость вращения двигателя. Пуск будет выполнен в соответствии с темпом разгона (параметр 0.03), текущая скорость высвечивается на верхней строке дисплея;

– изменить направление вращения. Для этого переключателем SA1 выбрать направление вращения «Назад». Величина скорости снизится до нуля и далее произойдет реверс привода. Темп замедления скорости определяется параметром 0.04;

– для выхода преобразователя из рабочего режима тумблер SA3

«Разрешение» перевести в положение «0».

1.5 Контрольные вопросы

1.5.1 Какие способы регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей вы знаете?

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

1.5.3 Каковы достоинства и недостатки применения частотного регулирования?

1.5.4 Каким образом происходит работа преобразователя в тормозном режиме? Где и как рассеивается энергия торможения двигателя?

2 Лабораторная работа № 2. Исследование энергетических характеристик тормозных режимов работы двигателя постоянного тока

Цель работы: исследование энергетических характеристик электродвигателя постоянного тока (ДТП) независимого возбуждения в тормозных режимах работы.

2.1 Программа работы

2.1.1 Собрать схему для снятия характеристик тормозных режимов ДПТ.

2.1.2 Снять характеристику электродвигателя при рекуперативном торможении.

2.1.3 Снять несколько характеристик электродвигателя в режиме торможения противовключением.

2.1.4 Снять характеристики электродвигателя в режиме динамического торможения.

2.1.5 Произвести анализ полученных результатов, сделать выводы об энергетических характеристиках ДПТ при различных тормозных режимах.

2.2 Схема исследования тормозных режимов двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Схема для исследования тормозных режимов двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 2.1.

Якорная цепь ДПТ подключается к выходу нерегулируемого источника постоянного тока МП через датчики тока, напряжения и регулируемые сопротивления RP1 и RP2 модуля МДС1, соединенные в параллель. Обмотка возбуждения подключается к нерегулируемому источнику постоянного тока МП.

Выходы ДТ, ДН и ПЧН силового модуля подключаются к входам АDC1, АDC2 и АDC3 соответственно модуля МВВ.

Тормозные режимы обеспечивают асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты.

Якорная цепь ДПТ подключается к выходу тиристорного преобразователя.

A B C N

ТП ПЧ A B C

A1 B1 C1

ДТ

ДН

ADC1

ADC2 СМ

ПЧН ADC3

М1

М2 LM

Uтп Uов

МДС1RP1 МП

RP2

Рисунок 2.1 – Схема для исследования тормозных режимов ДПТ Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA2модуля МДС1 установить в положение «∞»;

– кнопку «Сеть» модуля ТП, переключатели SA4, SA6 перевести в нижнее положение, переключатель SA3 перевести в положение «Руч», установить режим регулирования скорости ТП (приложение Б);

– переключатель SA2модуля ПЧ перевести в среднее положение, SA3 – в нижнее положение, потенциометр RP2 установить в крайнее положение против часовой стрелки;

– перевести ПЧ в режим регулирования по моменту (приложение Б);

– для проведения работы на персональном компьютере должна быть запущена программа DeltaProfi и выбрана соответствующая работа.

2.3 Исследование ДПТ в режиме рекуперативного торможения

Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока представляет собой способ торможения, при котором энергия торможения отдается обратно в источник питания. В данном случае в качестве источника питания выступает тиристорный преобразователь, который отдает рекуперированную энергию в сеть. Рекуперативное торможение возможно только в случае, когда частота вращения двигателя превосходит частоту вращения на холостом ходу. При этом ЭДС двигателя оказывается больше ЭДС источника.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включением автоматических выключателей QF2, QF2 модулей питания стенда и питания подать напряжение на необходимые элементы стенда;

– перевести переключатель SA2 МДС2 в положение «0»;

– включить кнопку «Сеть» ТП;

– подав разрешение на работу ТП, установить выходное напряжение на уровне 220…250В;

– выбрав необходимое направление вращения ПЧ, задать момент нагрузки. Если частота вращения ДПТ уменьшается, изменить направление вращения ПЧ (SA2 модуля ПЧ);

– увеличивая момент, снять несколько точек в режиме рекуперации ДПТ, фиксируя необходимые величины в таблице 2.1.

Рекомендуется зафиксировать также точку холостого хода ДПТ и точку перехода в генераторный режим. В ходе выполнения опыта важно учитывать знаки величин.

Таблица 2.1 U_Я, В

I_Я, А iВ, А n, об/мин ω, 2/с PЯ, Вт ΔP_ЭЛЯ, Вт ΔP_ЭЛВ, Вт P_В, Вт М, Н∙м η_ДПТ

После проведения опыта необходимо установить все переключатели модулей в исходное состояние.

Ниже приведены расчетные формулы для определения энергетических параметров ДПТ.

Частота вращения электродвигателя, 2/с:

60 n 2



 . (2.1)

Выходная мощность тиристорного преобразователя, Вт:

P_Я=U_Я∙I_Я. (2.2)

Электрические потери в обмотке якоря, Вт:

P_ЭЛЯ I²_Яr_Я (2.3)

где r_Я – сопротивление якорной цепи ДПТ (приложение В), Ом.

Электрические потери в цепи обмотки возбуждения электродвигателя, Вт:

2 В В ЭЛВ i r

P  

 , (2.4)

где r_В – сопротивление цепи обмотки возбуждения (Приложение В), Ом.

Мощность на валу электродвигателя, Вт:

ДПТ МЕХ. ЭЛВ

ЭЛЯ Я

В P P P P

P     , (2.5)

где P_{МЕХ.ДПТ} – механические потери ДПТ (приложение В), Вт.

Момент, развиваемый двигателем, Н∙м

MkI_Я , (2.6)

(2.7)

Коэффициент полезного действия

Я В

P

 P

 (2.8)

2.4 Исследование ДПТ в режиме торможения противовключением Торможение противовключением электродвигателя представляет собой торможение, при котором электродвигатель вращается в сторону, противоположную заданной. Данный вид торможения встречается преимущественно при нагрузках с активным моментом сопротивления.

Для снятия характеристик электродвигателя в режиме противовключения необходимо ввести в якорную цепь добавочное сопротивление для уменьшения жесткости механической характеристики.

Данное сопротивление устанавливается в пределах 220…260 Ом переключателем SA2 МДС2.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включением автоматических выключателей QF1иQF2 подать напряжение на стенд;

– предварительно установив добавочное сопротивление в цепи якоря ДПТ, включить ТП (кнопка «Сеть»);

– подав разрешение на работу ТП (SA6), установить частоту вращения ДПТ на уровне 350…400 об/мин;

– разрешить работу ПЧ (SA3)и, задав переключателем SA2 модуля направление вращения асинхронного двигателя, изменять момент нагрузки

Н Я ЯН

ЯН I r

k U





 



потенциометром RP2 модуля. Если частота вращения увеличивается, поменять направление вращения АДКЗ;

– плавно задавая нагрузку, снять механическую характеристику ДПТ, при этом зафиксировав точку короткого замыкания (U_Я>0, М_В>0, ω=0), а также несколько точек режима противовключения.

Данные занести в таблицу 2.2.

После проведения опыта необходимо установить все переключатели модулей в исходное состояние.

Таблица 2.2 RДОБ=

UТП, В UЯ, В IЯ, А iВ, А n, об/мин ω, 2/с P_ТП, Вт P_Я, Вт ΔP_ЭЛЯ, Вт ΔPЭЛВ, Вт ΔPДОБ, Вт PВ, Вт М, Н∙м η_ДПТ

Расчетные формулы:

1) Выходная мощность тиристорного преобразователя, Вт:

P_ТП=U_ТП∙I_Я. (2.9)

2) Потери в добавочном сопротивлении, Вт:

2 ДОБ Я ДОБ I R

P  

 . (2.10)

2.5 Исследование ДПТ в режиме динамического торможения

Динамическое торможение ДПТ представляет собой такой тип торможения, при котором якорная цепь отключается от источника питания и подключается к сопротивлению R_ДТ.

Для снятия характеристик динамического торможения собирается схема, показанная на рисунке 2.2.

A B C N

ПЧ A B C

A1 B1 C1

ДТ

ДН A1

A2 СМ ПЧН A3

М1

М2 LM

МП

=220В

МДС1 RP1

RP2

Рисунок 2.2 - Схема динамического торможения

Обмотка возбуждения ДПТ подключается к выходу =220В модуля питания, а якорная цепь через датчики тока и напряжения силового модуля включается на добавочные сопротивления RP1 и RP2, соединенные в параллель, модуля МДС1.

Выходы датчиков тока и напряжения, а также выход ПЧН подключаются к входам А1, А2, А3 модуля вода/вывода соответственно.

Тормозные режимы обеспечивает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– перед проведением опыта перевести преобразователь частоты в режим регулирования скорости (приложение А);

– установив по указанию преподавателя добавочное сопротивление в цепи якоря ДПТ, подать напряжение на стенд включением автоматических выключателей QF2 (МПС), QF2 (МП);

– задав переключателем SA2 модуля ПЧ направление вращения асинхронного двигателя, изменять частоту вращения потенциометром RP2 модуля;

– плавно задавая нагрузку, снять механическую характеристику ДПТ при вращении вперед и назад. Ограничение по току якоря: I_Я<2.5А. Данные занести в таблицу 2.3;

– повторить опыт для другого значения сопротивления в якорной цепи, а также для нулевого значения сопротивления (SA2 МДС1 перевести в положение «0»).

После проведения опыта необходимо установить все переключатели модулей в исходное состояние.

Таблица2.3 RДОБ=

UТП, В U_Я, В I_Я, А i_В, А n, об/мин ω, 2/с PТП, Вт PЯ, Вт ΔP_ЭЛЯ, Вт ΔP_ЭЛВ, Вт ΔP_ДОБ, Вт PВ, Вт М, Н∙м η_ДПТ

2.6 Обработка результатов

Необходимо рассчитать величины, указанные в таблицах, а также построить механические ω=f(M) и электромеханические характеристики ω=f(I_Я) и построить энергетические диаграммы для следующих режимов работы:

– холостой ход;

– двигательный режим;

– рекуперативное торможение;

– торможение противовключением;

– динамическое торможение введением R_ДТ; – динамическое торможение при R_ДТ=0.

Примерный вид диаграммы для двигательного режима представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Энергетическая диаграмма ДПТ для двигательного режима

2.7 Контрольные вопросы

2.7.1 Какой из видов торможения ДПТ является оптимальным в энергетическом отношении, а какой – нет?

2.7.2 Какой вид торможения обеспечивает точную остановку электропривода с реактивным статическим моментом на валу?

2.7.3 Возможно ли динамическое торможение ДПТ параллельного возбуждения? Если да, то будет ли оно эффективным?

2.7.4 Для каких режимов торможения понятие КПД неприменимо?

3 Лабораторная работа № 3. Исследование энергетических характеристик системы «тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока»

Цель работы: исследование энергетических свойств системы

«Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока» (ТП-Д), способов регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

3.1 Программа работы

3.1.1 Изучить принципы работы с модулем тиристорного преобразователя (приложение Б).

3.1.2 Изучить схему для снятия характеристик системы ТП-Д.

3.1.3 Снять естественные механическую и электромеханическую характеристики двигателя.

3.1.4 Снять искусственные механическую и электромеханическую характеристики ДПТ при изменении напряжения якоря.

3.1.5 Снять регулировочные характеристики системы ТП-Д.

3.1.6 Снять переходные процессы при пуске/останове двигателя.

3.1.7 По полученным данным построить опытные кривые, составить отчет по работе.

3.2 Схема для исследования системы ТП-Д

Схема для исследования системы приведена на рисунке 3.1.

Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП) через датчики тока и напряжения.

Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП, обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП.

Выход регулятора тока модуля регуляторов подключается к входу X1 модуля ТП, а также к входу ADC4 модуля ввода/вывода. На вход регулятора тока подается сигнал задания с потенциометра RP1 модуля.

A B C N

ТП ПЧ A B C

A1 B1 C1

ДТ

ДН

ADC1

ADC2 СМ

ПЧН ADC3

М1

М2 LM

Uтп Uов U^з РТ U^вх

ADC4 U^упр МР

Рисунок 3.1– Схема для исследования системы ТП-Д

В качестве нагрузочной машины выступает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты ПЧ.

Преобразователь частоты подключается к напряжению 3x380 В от модуля МП.

Выходы датчиков тока и напряжения, а также ПЧН силового модуля подключаются к входам АВС1, АВС2, АВС3 модуля ввода/вывода соответственно.

Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– перевести тиристорного преобразователя в режим регулирования скорости (приложение Б), установить переключатель SA3в положение «Авт», SA4 – в положение «НМ», кнопку «Сеть» – в нижнее положение, SA6 – в нижнее положение;

– переключатель SA1 модуля ПЧ установить в нижнее положение, потенциометр RP1 – на минимум снимаемого напряжения (крайнее положение против часовой стрелки), переключатель SA3 – в среднее положение;

– потенциометр сигнала задания на модуле регуляторов установить в крайнее положение против часовой стрелки, переключатель SA5 – в положение «3,5», SA6 – в положение «0»;

– для проведения работы на персональном компьютере должно быть запущено ПО DeltaProfi и выбрана соответствующая работа;

– после сборки схемы необходимо настроить преобразователь частоты на режим регулирования момента (приложение Б).

3.3 Снятие естественных механической и электромеханической характеристик

Естественные характеристики представляют собой зависимости частоты вращения двигателя от тока якоря (электромеханическая характеристика)

) I ( f _Я



 и от момента на валу электродвигателя (механическая характеристика)f(M_В) при постоянной величие питающего напряжения UЯ=const.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1, QF3;

– включением кнопки «Сеть» подать напряжение на ТП;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и установить потенциометром RP1 модуля регуляторов выходное напряжение ТП300В;

– разрешить работу ПЧ (SA3) и, выбрав необходимое направление вращения АДФР, задавать потенциометром RP1 модуля ПЧ момент нагрузки.

При снятии опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5А;

– при проведении опыта желательно зафиксировать несколько точек двигательного и генераторного режимов.

Результаты опыта заносить в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 n, об/мин

IЯ, А U_Я, В i_В, А P_Я, Вт ΔP_ЭЛЯ, Вт ΔPЭЛВ, Вт PВ, Вт MВ, Н∙м ω, 1/с

После проведения опыта вывести RP1 модуля ПЧ в крайнее левое положение, переключатель SA1 установить в среднее положение, остановить ДПТ.

Ниже приведены расчетные формулы для определения энергетических параметров ДПТ.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

60 n 2



 . ( 3.1)

Мощность на выходе тиристорного преобразователя, Вт:

Я Я Я U I

P   . (3.2)

Электрические потери в якорной цепи электродвигателя, Вт:

2 Я Я ЭЛЯ I r

P  

 , (3.3)

где rЯ = 17,5 Ом – сопротивление якорной цепи, Ом.

Электрические потери в цепи обмотки возбуждения электродвигателя, Вт:

2 В В ЭЛВ i r

P  

 , (3.4)

где r_В = 830 Ом – сопротивление цепи обмотки возбуждения, Ом.

Мощность на валу электродвигателя, Вт:

ДПТ МЕХ. ЭЛВ

ЭЛЯ Я

В P P P P

P     , (3.5)

где P_{МЕХ.ДПТ} = 15 Вт – механические потери ДПТ (Приложение В), Вт.

Момент на валу электродвигателя, Н∙м:

_В  P^В

М . (3.6)

Коэффициент полезного действия:

В . РЯ

 P



(3.7) По результатам опыта построить характеристики f(I_Я), f(M_В), η=f(IЯ), P_ЭЛЯ  f(I_Я),

3.4 Снятие искусственных характеристик

Искусственные характеристики при пониженном напряжении представляют собой зависимости частоты вращения двигателя от тока якоря (электромеханическая характеристика)f(I_Я) и от момента на валу электродвигателя (механическая характеристика) f(M_В) при напряжении якоря, не равном номинальному, отсутствии добавочных сопротивлений в якорной цепи, номинальном потоке возбуждения.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1, QF3;

– включением кнопки «Сеть» подать напряжение на ТП;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и установить напряжение U_ТП по указанию преподавателя;

– разрешить работу ПЧ (SA3) и, выбрав необходимое направление вращения АДФР, задавать потенциометром RP1 модуля ПЧ момент нагрузки.

При снятии опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5А;

–при проведении опыта желательно зафиксировать несколько точек двигательного и генераторного режимов.

При установке пониженного напряжения зафиксировать точку короткого замыкания.

Результаты измерений занести в таблицу 3.2.

После проведения опыта вывести RP1 модуля ПЧ в крайнее левое положение, переключатель SA1 установить в среднее положение, остановить ДПТ.

Необходимо также лабораторный стенд отключить от электрической сети.

Используя полученные экспериментальные данные, необходимо выполнить расчеты для определения электрических потерь, электрической мощности и момента на валу и результаты занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 n, об/мин

I_Я, А U_Я, В i_В, А PЯ, Вт ΔP_ЭЛЯ, Вт ΔPЭЛВ, Вт PВ, Вт MВ, Н∙м ω, 1/с

3.5 Снятие регулировочных характеристик

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости напряжения на выходе преобразователя, частоты вращения, мощности на выходе ТП и на валу, КПД электродвигателя от напряжения управления: U_Я, ω, PЭЛ, PВ, η=f(UВХ), IЯ=const.

При постоянном значении тока якоря необходимо изменять величину сигнала задания, фиксируя показания измерительных приборов.

Опыт проводится на холостом ходу и под нагрузкой, создаваемой преобразователем частоты, в следующей последовательности:

– подать напряжение на тиристорный и частотный преобразователи, запустить ТП, установив выходное напряжение на уровне 300В;

– с помощью преобразователя частоты установить ток якоря, заданный преподавателем;

– изменяя положение RP1 МР, регулировать выходное напряжение тиристорного преобразователя.

После установки определенного напряжения регулировкой потенциометра RP1 модуля ПЧ добиться заданного тока якоря.

Результаты занести в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 n, об/мин

I_Я, А U_Я, В i_В, А P_Я, Вт ΔPЭЛЯ, Вт ΔPЭЛВ, Вт PВ, Вт MВ, Н∙м ω, 1/с

После проведения опыта необходимо снять нагрузку с электродвигателя переведением тумблера SA1 модуля ПЧ в среднее положение, остановить ДПТ, убрать разрешение на работу тиристорного преобразователя (SA6 в нижнее положение), выключить питание стенда.

По результатам опыта построить регулировочные характеристики системы для двух значений тока якоря, объяснить их отличие.

По результатам опытов составить отчет по проделанной работе, в котором следует привести таблицы с опытными и расчетными данными, а также опытные кривые характеристик. Сделать выводы по работе.

3.6 Контрольные вопросы

3.6.1 Какие способы регулирования частоты вращения ДПТ существуют?

3.6.2 Как осуществляется регулирование напряжения на выходе ТП?

3.6.3 В чем преимущества и недостатки фазового регулирования напряжения?

3.6.4 В каком режиме работает двигатель при питании от ТП в следующих случаях:

– U_Я>0, n>0, M>0;

– U_Я>0, n=0, M>0;

– U_Я>0, n>0, M<0;

– U_Я>0, n<0, M>0;

– U_Я<0, n<0, M<0.

3.6.5 С помощью какой обратной связи можно добиться горизонтальной механической характеристики: по напряжению, по скорости, по ЭДС; по току якоря.

4 Лабораторная работа № 4. Исследование энергетических характеристик разомкнутой системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель»

Цель работы: исследование энергетических характеристик системы

«Преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ПЧ-АД) при частотном регулировании скорости вращения в режимах скалярного и векторного управления в разомкнутой системе.

4.1 Программа работы

4.1.1 Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (приложение Б).

4.1.2 Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-АД.

4.1.3 Снять семейство характеристик в режиме скалярного управления.

4.1.4 Исследовать способы компенсации скольжения двигателя.

4.1.5 Исследовать способы торможения двигателя.

4.2 Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на рисунке 4.1.

Двигатель постоянного тока 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.

A B C

A B C

A1 B1 C1

М2 М1

LM Uтп

Uов

МП ПЧ

ТП N

ДТ

ДН ADC1

ADC2

ПЧН ADC3 СМ

A B C N

A1 B1 C1 МИМ

Рисунок 4.1 – Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ. Преобразователь частоты подключается к напряжению 3x380В от модуля питания через измеритель мощности (МИМ).

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

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 SA3модуля ПЧ перевести в нижнее положение, SA1 – в среднее в положение «Стоп», потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между клеммами XS1 и XS2 модуля.

4.3 Характеристики 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);

– в параметре 0.49 установить значение L2 – это откроет доступ ко всем параметрам ПЧ;

– установить параметр 5.27=OFF (режим компенсации скольжения отключен).

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;

– подать разрешение на работу ПЧ (SA3) и, выбрав направление вращения асинхронного электродвигателя переключателем SA1модуля ПЧ, задать потенциометром RP1 выходную частоту преобразователя 50Гц;

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

– зафиксировав необходимые величины согласно таблице 4.1, задать момент нагрузки.

Таким образом снять несколько точек в двигательном и генераторном режимах. После проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP1модуля ТП), убрать разрешение на работу ТП, остановить асинхронный электродвигатель.

Напряжение статора можно смотреть на экране ПЧ (параметр 5.02), ток статора смотреть в параметре 4.01.

Повторить опыт для двух других значений частоты на выходе преобразователя.

Ниже приведены расчетные формулы для определения энергетических параметров.

Таблица 4.1 UС, В

IC, А UЯ, В I_Я, А n, об/мин U_ВХ, В I_ВХ, А P_ВХ, Вт SC, ВА ω, 1/с ΔP_ЭЛСТ, Вт

ΔPЭЛЯ, Вт PЯ, Вт PВ, Вт PC, Вт η_АД η_ПЧ-АД cos(φ)_АД cos(φ)_ПЧАД МВ, Н∙м

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

C CФ I U 3

S   , (4.1)

где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

30

n

 

 . (4.2)

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт:

2 С С ЭЛСТ 3 I r

P   

 , ( 4.3)

где r_С = 19 Ом – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт:

2 Я Я ЭЛЯ I r

P  

 , (4.4)

где r_Я = 17,5 Ом– активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт:

Я Я Я U I

P   . ( 4.5)

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

ДПТ МЕХ. ЭЛЯ

Я

В P P P

P    , (4.6)

где ΔP_{МЕХ.ДПТ} = 15 Вт – механические потери ДПТ (приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт:

ЭЛСТ АД

МЕХ. В

С P P P

P    , (4.7)

где ΔP_МЕХ.АД = 11 Вт – механические потери АДКЗ.

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

С АД В

P

 P

 . (4.8)

Коэффициент мощности cosφ асинхронного двигателя:

S

cos_АД  P^С . (4.9)

Коэффициент полезного действия системы:

ВХ ПЧАД С

P

 P

 . (4.10)

Коэффициент мощности cosφ системы:

ВХ ВХ ПЧАД ВХ

I U 3 cos P



 

 . (4.11)

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

 ^В

В P

М . (4.12)

4.4 Снятие регулировочных характеристик

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 0.02=60);

– задав нагрузку с помощью тиристорного преобразователя (значение I_Я задается преподавателем и выбирается в пределах 0…1 А), уменьшать выходную частоту ПЧ, фиксируя необходимые параметры. Сигнал задания (параметр 7.01) отображается в процентах от максимального сигнала (10 В).

Выходная частота отображается в параметре 5.01.

Результаты опыта занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 IЯ=

UВХ, В f, Гц UС, В IC, А UЯ, В n, об/мин U_ВХ, В I_ВХ, А P_ВХ, Вт SC, ВА ω, 1/с ΔPЭЛ, Вт ΔP_Я, Вт PЯ, Вт PВ, Вт P_C, Вт η_АД η_ПЧ-АД cos(φ)_АД cos(φ)_ПЧАД МВ, Н∙м

Ниже приведены расчетные формулы для определения энергетических параметров.

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

S3U_CФ I_C, (4.13) где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

30 .

n



 (4.14)

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт:

^С

2С ЭЛСТ 3 I r

P   

 _, (4.15) где r_С = 19 Ом – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт:

P_ЭЛЯ I²_Яr_Я, (4.16) где r_Я = 17,5 Ом– активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт:

P_Я U_ЯI_Я. (4.17) Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

P_В P_Я P_ЭЛЯP_{МЕХ.ДПТ}

, (4.18) где ΔP_{МЕХ.ДПТ} = 15 Вт – механические потери ДПТ.

Активная выходная мощность ПЧ, Вт:

P_С P_ВP_МЕХ.АД P_ЭЛСТ, (4.19) где ΔP_МЕХ.АД = 11 Вт– механические потери АДКЗ.

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

^.

С В

АД P

 P

 (4.20)

Коэффициент мощности сosφ асинхронного двигателя:

cos . S P_С

АД 

 (4.21) Коэффициент полезного действия системы:

ВХ ПЧАД С

P

 P

 . (4.22)

Коэффициент мощности сosφ системы:

ВХ ВХ ПЧАД ВХ

I U 3 cos P



 

 . (4.23)

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

 ^В

В P

М . (4.24)

4.5 Снятие механических характеристик системы ПЧ-АД при включенном режиме компенсации скольжения

Компенсация скольжения представляет собой способ поддержания частоты вращения двигателя при изменении нагрузки за счет повышения частоты питающего двигатель напряжения с применением внутренней положительной обратной связи по току статора.

Для включения режима компенсации скольжения необходимо:

– установить в параметре 5.27 значение ON;

– установить в параметре 6.01 торможение на выбеге (COAST).

После включения режима компенсации скольжения необходимо снять механические характеристики системы, а данные опыта занести в таблицу, аналогичную таблице 4.1.

4.6. Снятие механических характеристик системы ПЧ-АД при включенном режиме компенсации момента

Режим компенсации момента представляет собой режим регулирования напряжения статора в зависимости от нагрузки. Данный режим называется также режимом оптимизации потока или энергосберегающим режимом. На холостом ходу напряжение статора снижается, благодаря чему падает жесткость и критический момент двигателя. Одновременно снижается ток статора и I²r потери.

Для включения данного режима необходимо:

– выключить режим компенсации скольжения (5.27=OFF);

– установить в параметре 5.13 значение ON.

После включения режима компенсации момента необходимо снять механические характеристики системы, а данные опыта занести в таблицу, аналогичную таблице 4.1.

По результатам опытов построить следующие характеристики:

– ω=f(M_В);

– ω=f(I_C);

– ηАД, ηПЧ-АД=f(MВ);

– cos(φ)АД, cos(φ)ПЧ-АД=f(MВ).

Необходимо расположить соответствующие характеристики на одной и той же координатной сетке.

4.7 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 задан�