Стенд предназначен для исследования электромагнитных и электромеханических процессов при частотном регулировании скорости электроприводов переменного тока.
Конструктивно стенд выпускается в двух видах: стационарной (напольной) или переносной конструкций. Общий вид переносного стенда представлен на рис. 1.
Комплектация оборудования обоих стендов одинакова. Основное оборудование: преобразователи частоты, асинхронный и вентильный (с постоянными магнитами на роторе) двигатели с встроенными датчиками - продукция фирмы SEW-EUR0DRIVE и персональный компьютер. Номинальная мощность асинхронного двигателя - 0,75 кВт, номинальный момент вентильного двигателя - 5,0 Нм.
Рисунок 1– Общий вид испытательного стенда |
Двигатели механически состыкованы соосно. Это позволяет использовать любой из них в качестве испытуемого, а другой - нагрузочной машины, и исследовать либо асинхронный, либо вентильный двигатель как в двигательном, так и в тормозном режимах. Оба двигателя имеют встроенные датчики: вентильный -датчик положения ротора, обязательный в соответствии с принципом работы вентильного двигателя; асинхронный - инкрементный датчик скорости, необходимый не только для измерения скорости, но и реализации различных способов частотного управления. Асинхронный двигатель имеет вентилятор принудительного охлаждения.
Стенд подключается к трехфазной сети 380В 50Гц. Питание двигателей осуществляется от двух одинаковых преобразователей MOVIDRIVE MDX61B, т.к. они позволяют работать с обоими типами двигателей. Управление каждым приводом производится подачей на соответствующие входы преобразователей дискретных и аналоговых сигналов, с помощью отдельных пультов. Дискретными сигналами выдаются команды разрешения включения привода, определяющие направление вращения, переключения внутренних уставок преобразователей и т.п., а через аналоговые входы, к которым подключены потенциометры пультов, можно менять уставку для регулируемой координаты (скорости или момента) или, например, изменять величину токоограничения. При стандартной комплектации стенда имеется возможность связи и управления работой по интерфейсу RS485 и шине S-Bus (в стенде S-Bus используется для передачи информации о текущих контролируемых величинах от одного преобразователя к другому, необходимая при осциллографировании процессов в обоих приводах одновременно). Возможна комплектация преобразователей интерфейсными модулями PROFIBUS, INTERBUS, DeviceNet, CAN.
Персональный компьютер в стационарном исполнении - стандартный, а в переносной - ноутбук. Персональный компьютер стыкуется с преобразователями через преобразователи интерфейсов USB - RS485 или RS232 - RS485. С его помощью выполняются следующие основные операции:
- ввод в эксплуатацию, и изменение параметров настроек преобразователей;
- управление работой преобразователей в наладочном режиме;
- программирование встроенного в преобразователи контроллера IPOS (управление позиционированием, автоматическим циклом работы, обменом по шинам и др.)
- визуальное отображение значений параметров и измеряемых переменных;
- осциллографирование измеряемых координат;
- автоматизация и обработка результатов экспериментальных исследований;
В установившихся режимах исследуются: механические характеристики, кривые изменения частоты, напряжения и тока статора при различных способах частотного управления. В динамических режимах исследования могут проводиться не только на холостом ходу, но и при различных постоянных значениях нагрузки или задаваемых программно законах ее изменения.
Методика проведения эксперимента
Основной целью и содержанием экспериментальных исследований в установившихся режимах является снятие механических характеристик привода с асинхронным двигателем. Это обусловлено, прежде всего, разнообразием принципов частотного регулирования скорости асинхронных двигателей, разработанных и практически используемых, а также сложностью электромагнитных процессов, связанных с регулированием частоты питающего напряжения и определяющих вид механических характеристик привода. Поэтому для более полного и глубокого понимания процессов регулирования необходимо, кроме механических характеристик, исследовать характер изменения тока, напряжения и частоты статора при изменении нагрузки для различных способов частотного регулирования.
Общепринятая методика снятия механических характеристик - последовательное изменение нагрузки и регистрация по точкам значений скорости и момента или величин, по которым он затем рассчитывается. Основной ее недостаток - значительная продолжительность эксперимента, что не только уменьшает количество проведенных в ограниченное время опытов, но и приводит к значительному нагреву обмоток, особенно при работе с большими нагрузками или на низких скоростях. Из-за нагрева сопротивления обмоток, особенно ротора, увеличиваются, что значительно снижает достоверность полученных результатов.
С целью исключения отмеченных факторов, повышения качества и глубины проводимых исследований, а также достоверности полученных данных использованы методы и средства автоматизации экспериментов и обработки их результатов.
При снятии статических характеристик используется следующая методика. С помощью собственной системы управления преобразователя создается линейное увеличение момента, создаваемого нагрузочной машиной, и одновременно производится осциллографи-рование измеряемых величин. Для этого в преобразователе нагрузочной машины устанавливается режим "Регулирование момента", при котором управляющим воздействием задается значение развиваемого ей момента. Линейное нарастание обеспечивается использованием в качестве источника задания функции "Мотор-потенциометр". Темп и диапазон изменения нагрузки могут задаваться в широких пределах.
Программа осциллографирования позволяет показывать характер изменения одновременно до четырех переменных, которые выбираются из Меню программы осциллографа. В их числе: момент, скорость, частота, напряжение, полный и активный токи статора. Так как противодействующий момент (нагрузка) создается нагрузочной машиной, то величины момента и скорости регистрируется в преобразователе нагрузочной машины и передаются по шине Б-Вш в преобразователь асинхронного двигателя, где они фиксируются одновременно с током, частотой, напряжением испытуемой машины и производится осциллографирование.
Кривые напряжения и частоты в зависимости от изменения нагрузки необходимы для сравнительной оценки работы преобразователя при различных способах частотного регулирования, вариации коэффициентов компенсирующих связей при И/Г - регулировании, изучении характеристик самого преобразователя и т.п. Выбор конкретного состава набора из четырех переменных определяется спецификой конкретного опыта. Имеется возможность записанные кривые сохранить в виде текстового файла, и из них можно составить банк экспериментальных кривых.
Рисунок 2 – Осциллограмма кривых момента, скорости, напряжения и тока статора |
В качестве примера на рис. 2 представлена осциллограмма с кривыми момента, скорости, напряжения и полного тока, снятая по указанной методике при исследовании влияния IxR - компенсации.
Затем с использованием разработанной на базе ПО Microsoft Excel программы "Обработка результатов" производится построение в функции момента кривых изменения всех переменных. В итоге механические характеристики получаются без дополнительных пересчетов по точкам и могут строиться по отдельности или в любом сочетании на одном графике. Графики можно строить таким же образом в функции и от других записанных переменных, например, тока статора.
В качестве примера на Рис. 3 приведены механические характеристики для двух частот и двух значений IxR - компенсации, обработанные и построенные по указанной методике.
Рисунок 3 – Сводный график механических характеристик |
Наиболее значительным достоинством описанной методики является многократное сокращение времени снятия одной характеристики. Обычно для этого достаточно КН15 с, а, учитывая, что нагрузка изменяется от нуля до максимума линейно, работа при больших нагрузках длится всего несколько секунд, после чего следует пауза на обработку записи результатов (около минуты). Благодаря этому, даже при работе в течение нескольких часов, двигатель практически не нагревается, и сопротивления его обмоток остаются практически неизменными. Кроме того, сокращение времени проведения экспериментов позволяет увеличить их количество, выполненное за ограниченное время работы, и тем самым расширить программу исследований.
Другое достоинство методики - возможность сохранения в цифровой форме всех записанных переменных, что позволяет создать их банк и последующее многократное использование.
Инструкция по эксплуатации, прилагаемая к стенду, включает, кроме описания стенда и технических данных оборудования, программу исследований и методические указания по их проведению. Программа исследований состоит из трех разделов.
По первому разделу предусмотрено изучение:
- Устройства преобразователя, его функциональных возможностей, программного обеспечения, ввода в эксплуатацию, установки и редактирования параметров, работы с ним в различных режимах;
- Функций контроля, защиты, мониторинга, диагностики;
- Экспериментальное определение характеристик преобразователя в режиме U/f–регулирования.
Второй раздел составляют исследования статических характеристик электроприводов с асинхронными двигателями, прежде всего механических, при всех известных способах частотного регулирования. Для систем управления без датчика скорости исследования проводятся раздельно при двух способах управления : U/f и стабилизации потокосцепления ротора. В замкнутых системах с датчиком скорости и стабилизацией потокосцепления ротора изучаются процессы также при двух способах управления – напряжением или током обмотки статора. Измерение и регистрация всех доступных переменных позволяют выявить характер влияния компенсирующих связей, а также отличительные особенности различных способов частотного управления.
Третий раздел - динамические режимы работы разомкнутых и замкнутых систем частотного управления асинхронными двигателями. Для разомкнутых систем изучаются методы формирования пусковых характеристик (пускового момента, темпов разгона и торможения) и характер протекания процессов при пуске вхолостую и под нагрузкой. Закон изменения нагрузки задается программно. Для замкнутых систем основное содержание работ - настройка параметров контура скорости по заданному качеству переходных процессов и исследование режима приема - сброса нагрузки.
При исследовании статических и динамических характеристик вентильного двигателя в качестве нагрузочной машины используется асинхронный двигатель, а его преобразователь частоты работает в режиме регулирования момента.
Назначение и области использования стенда:
- Обучение студентов учебных заведений при изучении соответствующих курсов;
- Обучение персонала предприятий на курсах повышения квалификации;
- Макетирование реальных технологических задач и ситуаций.
|