Реферат

ВВЕДЕНИЕ

        Современный этап развития промышленных электроприводов (ЭП) и систем автоматического управления характеризуется широким спектром разнообразных новаторских предложений, которые рождаются благодаря проведению научно-исследовательских и экспериментальных работ. Ведущие производители на рынке техники для электропривода и автоматизации технологических комплексов предлагают много интересных устройств и технических решений на их основе. Благодаря этому сегодня с помощью современной техники становится возможным решение практически любого технического задания и реализации систем автоматического управления объектом с очень высоким уровнем сложности (будь то отдельный механизм или целый цех, завод со сложной структурой связанных между собой технологических комплексов).
        Однако, какими бы идеальными не были альтернативные современные электрические машины и их системы управления, безусловным лидером в применении на промышленных предприятиях и не только, является система автоматического управления, построенная на базе асинхронного двигателя (АД) с применением преобразователя частоты (ПЧ). Эта система позволяет получить довольно неплохие технико-экономические показатели применения регулируемого привода в статических и динамических режимах работы. Кроме того, для построения такой системы нет необходимости в замене электрической машины и механических узлов. Современные ПЧ зарубежных производителей неплохо работают со старыми машинами отечественного производства. Конечно, имеют место много нюансов, на которые следует обращать внимание при работе ПЧ с АД серийного производства (который вообще-то не предназначен для работы в составе системы регулирования). Это ухудшение охлаждения при работе на пониженной скорости при постоянной нагрузке; некоторые потери, связанные с работой при значениях токов и напряжений, которые отличаются от номинальных, и, как следствие этого, снижение коэффициента полезного действия и коэффициента мощности [1].
        Вообще, ЭП переменного тока на базе АД с короткозамкнутым ротором и ПЧ является основным видом электромеханического превращения энергии, который успешно применяется на предприятиях. Новейшие технологии и разработки, в частности те, которые требуют глубокой или полной перестройки производства остаются недостижимой целью для предприятий и фабрик, а старые системы нерегулируемого привода уже настолько отжили себя, что являются убыточными в любом случае и никак не поддаются модернизации.
        В этой ситуации механизмы, которые оснащены асинхронным нерегулируемым приводом и нуждаются в усовершенствовании, исходя из потребностей технологического процесса или экономии электроэнергии, являются прекрасным объектом для автоматизации. Управление асинхронной машиной с помощью ПЧ является простым, эффективным и экономичным способом, поэтому система ПЧ–АД является наиболее распространенной системой автоматизированного ЭП.
        Современные преобразователи частоты – это ПЧ с двойным преобразованием энергии, то есть имеют в своем составе звено постоянного тока, что немного снижает его к.п.д., однако другие существенные преимущества преобразователей этого типа обеспечивают им доминирующее положение в современном автоматизированном ЭП. Таким образом, реализуется классическая схема, с помощью которой напряжение промышленной сети превращается в напряжение переменной частоты и амплитуды. Благодаря высококачественным силовым элементам и сложной микропроцессорной управляющей части реализуются известные законы и алгоритмы управления асинхронным ЭП. Обширная и разветвленная система настройки параметров ПЧ позволяет очень точно настраивать привод в соответствии с требованиями конкретного механизма или технологического процесса.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

        Применение электропривода переменного тока в системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» на сегодняшний день является наиболее распространенной системой автоматизированного ЭП, потому что управление асинхронной машиной с помощью ПЧ является простым, эффективным и экономичным способом реализации регулируемого электропривода. Углубленное изучение теоретического материала относительно асинхронного частотно-регулируемого электропривода, осваивание программного обеспечения для работы с ПЧ, приобретение практического опыта работы с электромеханическим оборудованием и проведения практических исследований в реальных условиях является актуальными аспектами данной работы.

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

        В связи с очень широким распространением систем частотного управления во всех сферах промышленности и не только, проводится большое количество теоретических и практических исследований по данной теме в условиях различных научно-исследовательских центров и высших учебных заведений.

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ В ДАННОЙ РАБОТЕ

• разработка и  монтаж экспериментальной установки для проведения исследований с использованием промышленного оборудования;
• исследование статических и динамических характеристик ЭП при имитации момента статической нагрузки на валу асинхронного двигателя в соответствии с некоторой диаграммой;
• проведение сравнительного анализа регулировочных свойств ЭП в различных режимах работы.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

        Монтаж стенда для исследования асинхронного частотно-регулируемого электропривода выполнен в лаборатории систем управления электроприводами кафедры ЭАПУ. В основе стенда использован преобразователь частоты Micromaster 440 производства фирмы Siemens. Micromaster 440 является серийным преобразователем, предназначенным для регулирования трехфазных электродвигателей переменного тока. Он оснащен микропроцессорной системой управления, которая обеспечивает оптимальную работу ЭП в технологическом процессе, и использует современные технологии с IGBT модулями-транзисторами (Insulated Gate Bipolar Transistor – биполярный транзистор с изолированным затвором). Оригинальный метод широтно-импульсной модуляции с выбором частоты коммутации дает возможность бесшумной работы электродвигателя. Обширные функции защиты обеспечивают эффективную защиту преобразователя и двигателя. Соединение ПЧ с персональным компьютером предоставляет много возможностей в исследовании и наглядном представлении принципов систем автоматического регулирования той или иной координаты привода. Реализация известных законов (принципов, алгоритмов) управления с разными дополнительными функциями и широкими возможностями перенастройки и адаптации параметров дает пространство для исследований поведения привода в различных условиях и анализа экспериментальных данных, полученных, например, при разных законах управления в условиях неизменной нагрузки, или увидеть реакцию системы регулирования на влияние возмущения различного характера.
        Обобщенная принципиальная схема силовой части стенда показана на рис.1.

Рисунок 1 – Обобщенная схема экспериментального стенда
(GIF-анимация, 3 кадра, 189Kb, бесконечное повторение)

        Монтаж оборудования стенда выполнен с соблюдением принципов блочно-модульной структуры и секционирования участков схемы стенда. Все необходимые органы управления и средства визуализации выведены на переднюю панель для обеспечения удобного и безопасного доступа к ним. Стенд предусматривает возможность двух вариантов создания нагрузки на валу асинхронного двигателя М1. В качестве нагрузочной машины применен генератор постоянного тока М2  – машина со смешанным возбуждением, которая работает как машина независимого возбуждения, потому что шунтовая обмотка подключена к независимому источнику, а последовательная не задействована совсем. Генератор соединен с АД муфтой, и может выступать в качестве имитатора рабочего органа, который создает момент статической нагрузки на валу АД. Обмотка возбуждения LM2 генератора получает питание от источника постоянного тока, в роли которого выступает однофазный неуправляемый выпрямитель UZ. Возможность формирования линейной зависимости момента нагрузки в функции скорости реализована наиболее просто – через подсоединение якоря к разрядному реостату Rp и организации таким образом работы М2 в режиме динамического торможения. Сопротивление разрядного реостата подобрано таким образом, что при номинальной скорости вращения и наличия тока возбуждения на клеммах якорной обмотки генерируется ЭДС, которая обусловливает протекание в ней тока, величина которого является близкой к номинальному значению. Схема стенда предусматривает также возможность питания якоря нагрузочной машины от привода постоянного тока БТУ-3601, что дает возможность создавать постоянный (независимый от скорости вращения) статический момент, а также переменный момент, формирование которого может осуществляться в соответствии с некоторой диаграммой с помощью задатчика момента ЗМ.
        Фотоимпульсный датчик скорости BV предназначен для снятия информации о реальной скорости вращения вала электрических машин и вывода ее в наглядной форме для визуального контроля и сравнения с расчетной величиной. Разработка и конструирование датчика также выполнена в лабораторных условиях [3].
        Управление ПЧ, контроль и диагностирование работы привода, визуализация и регистрация полученных в результате опыта статических и динамических характеристик, запись значений всех необходимых величин осуществляется с помощью персонального компьютера, с которым ПЧ соединен через специальный модуль, который использует стандартный интерфейс связи RS232. Программное обеспечение DriveMonitor или Starter, установленное на компьютере, предоставляет удобный доступ ко всем параметрам системы, позволяет изменять их, управлять работой привода в режиме online и контролировать состояние системы с наглядным представлением текущих переменных данных процесса [4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        Настроенный и подготовленный к работе экспериментальный стенд предназначен для проведения  исследований регулировочных свойств асинхронного частотно-регулируемого электропривода, а также проведения лабораторных работ для студентов и магистров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Комплектні електроприводи: Навч. посібник / М.М. Казачковський – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2003. – 226 с.
2. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: Учебник – М.: Академия, 2006 – 265 с.
3. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение: Пер. с нем. – М.: Мир, 1989. – 196 с.
4. Micromaster 440. Руководство по эксплуатации. Документация пользователя. Издание А1. – Siemens AG 2007. – 140 с.
5. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электроприводами. - М.: Энергоиздат . 1982. - 216 с.
6. Ссылка – Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателя-
   ми/Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006, – 94 с.
7. Ссылка – Автоматизация нагрузочных испытаний асинхронного электропривода. Е.В. Шульгин.
8. Ссылка – Энергетические показатели асинхронного двигателя в частотном электроприводе при различных законах управления. В.С. Петрушин, канд. техн. наук, А.А. Таньков.