ВКР: Разработка лабораторного стенда с преобразователем частоты MICROMASTER 440

Содержание

Введение ............................................................................................................. 6

1 Теоретическая часть ........................................................................................ 8

1. Назначение и область применения асинхронных машин ........................... 8
   1. Конструкция асинхронных машин с короткозамкнутым ротором ...... 11
   2. Принцип действия асинхронной машины............................................... 15
2. Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя.................. 18
   1. Принцип работы и структура преобразователя частоты...................... 20
      1. Структура преобразователя частоты................................................... 20
      2. Принцип работы автономного инвертора........................................... 21
      3. Тормозной режим работы асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты................................................................................. 23
3. Скалярный режим управления................................................................... 25
   1. Система ПЧ – АД с положительной обратной связью по току.............. 29
   2. Система ПЧ – АД со скалярной IR – компенсацией............................... 31
   3. Система ПЧ – АД с положительной обратной связью по току в каналах регулирования напряжения и частоты ............................................................ 33
   4. Система ПЧ – АД с отрицательной обратной связью по скорости....... 35
4. Векторное управление................................................................................ 37
   1. Преобразование координат в системах векторного управления........... 37
   2. Основные принципы векторного управления......................................... 38
   3. Структурная схема двигателя при векторном управлении .................. 39
   4. Система векторного управления без датчика скорости......................... 40
   5. Система векторного управления с датчиком скорости.......................... 44

1. Конструкторская часть.................................................................................. 46
   1. Описание преобразователя MICROMASTER 440.................................... 46
      1. Технические характеристики MICROMASTER 440............................... 46
      2. Принципиальная cхема преобразователя MICROMASTER 440........... 48
      3. Общие правила безопасности при работе c MICROMASTER 440....... 49
      4. Настройка преобразователя частоты MICROMASTER 440................. 49
   2. Виды регулирования.................................................................................. 52
   3. Монтаж MICROMASTER 440.................................................................... 52
   4. Подключение двигателя.............................................................................. 53
   5. Управление преобразователем частоты MICROMASTER 440. Центральная панель управления ....................................................................................................... 53
      1. Изменение параметров с помощью ЦПУ................................................ 56
      2. Изменение отдельных параметров.......................................................... 56
      3. Копирование наборов параметров с помощью ЦПУ............................. 56
      4. Поиск и устранение повреждений с помощью ЦПУ.............................. 58
   6. Описание лабораторного стенда................................................................ 59
   7. Методические указание к выполнению лабораторной работы с преобразователем частоты Siemens MICROMASTER 440............................................................ 61
2. Экспериментальная часть ............................................................................. 64
   1. Экспериментальные статические характеристики .................................... 64
      1. Регулировочные характеристик.............................................................. 64
      2. Скалярный режим управления. Механические характеристики........... 66
      3. Квадратичный режим управления. Механические характеристики...... 68
      4. Векторный режим управления. Механические характеристики............ 69
      5. Анализ статических характеристик......................................................... 70
   2. Экспериментальные динамические характеристики ................................. 71
3. Экономическая часть..................................................................................... 74
   1. Сметная калькуляция на изготовление лабораторного стенда................. 74
   2. Годовые затраты, связанные с эксплуатацией оборудования.................. 76
   3. Плановые накопления................................................................................. 76
   4. Стоимость одного часа работы лабораторного стенда............................ 77
4. Безопасность жизнедеятельности.................................................................. 78
   1. Основные положения.................................................................................. 78
      1. Общая характеристика опасных и вредных производственных факторов 78
      2. Производственная санитария. Микроклимат......................................... 80
   2. Расчет искусственного освещения.............................................................. 82
   3. Рабочее место при выполнении работ сидя, общие положения............... 84
      1. Размерные характеристики рабочего места .......................................... 84
      2. Шум на рабочем месте............................................................................. 84
   4. Техника безопасности. Рациональная организация рабочего места. Описание рабочего места................................................................................................................... 85
   5. Разработка мероприятий по улучшению условий.................................... 86
      1. Организация мероприятия, обеспечивающие безопасность работ в электроустановках............................................................................................ 86
      2. Обеспечение электробезопасности.......................................................... 87
      3. Чрезвычайные ситуации. Обеспечение пожарной безопасности........... 88
   6. Безопасность в авариный ситуациях.......................................................... 88

Заключение........................................................................................................ 89

Список использованных источников................................................................ 90

Введение

По данным Международного Электротехнического Комитета на данный момент на каждого жителя планеты Земля приходится от 10 до 12 электрических двигателей, около 80 процентов из которых – это асинхронные электрические двигатели, эксплуатация которых производится всей мировой промышленностью.

Асинхронные электродвигатели имеют целый ряд неоспоримых преимуществ, основным из которых является простота конструкции, и, как следствие, высокая надежность этой электрической машины.

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию, подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора).

Однако, у асинхронных электрических двигателей существует целый ряд недостатков, из-за которых их эксплуатация является нецелесообразной, например, в ситуации, когда необходимо регулировать частоту вращения электрического двигателя.

Промышленность не стоит на месте, и повсеместно конструируются различные устройства и механизмы, в которых предполагается или изменять частоту вращения электродвигателя, или поддерживать её в неких точных пределах, что, конечно же, невозможно при простом прямом включении асинхронного электрического двигателя.

Несмотря на то, что придумано множество методов регулирования частоты вращения асинхронных электрических двигателей, все они сложны в исполнении и обладают низкой надежностью.

Среди механизмов и методов, изменяющих частоту, наиболее распространены: механические вариаторы и введение в ротор сопротивлений, т.е. применение асинхронных двигателей с фазным ротором.

Новые разработки в области электроники позволили решить проблему, т.к. был придуман преобразователь частоты – устройство, позволяющее изменять частоту вращения электрических двигателей от 0 оборотов в минуту до частоты выше номинальной, что позволило эффективнее использовать простые механизмы в виде подъемников, дробилок, насосов, вентиляторов и т.п., в том числе и сложные – фрезерные и токарные станки.

Применяемые преобразователи частоты (ПЧ) для электрических двигателей по сроку службы сопоставимы с самим асинхронным электрическим двигателем.

При правильной установке и эксплуатации ПЧ не требуется никакое техническое вмешательство обслуживающего персонала в ремонт преобразователя частоты.

Кроме того, при применении преобразователи частоты снижается количество и увеличивается период между техническими обслуживаниями механической части системы асинхронных электрических двигателей.

Использование преобразователей частоты в производственных процессах существенно экономит электроэнергию при эксплуатации насосных станций, систем вентиляции и других систем.

Связанно это с тем, что в процессе эксплуатации преобразователя частоты не возникает резких рывков скорости при пусках и остановах двигателя - ведь при прямом пуске электрический двигатель стремится запуститься в максимально короткий промежуток времени - пусковые токи превышают номинально потребляемый ток электрического двигателя в 5-7 раз.

С большими пусковыми токами асинхронных электрических двигателей связана и повышенная нагрузка на энергосистему предприятия, что тоже приводит к случаям отказа электрооборудования.

Целью выпускной квалификационной работы является разработка лабораторного стенда на основе преобразователя частоты для проведения лабораторных работ студентов кафедры электропривода и электрического транспорта Института энергетики Иркутского национального исследовательского технического университета.

На данном лабораторном стенде можно изучить на практике навыки настройки промышленного преобразователя частоты фирмы SIEMENS «MICROMASTER 440».

Для нашего лабораторного стенда применяется асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, управляемый от промышленного преобразователя частоты. Более подробное описание лабораторного стенда и его составляющих будет предоставлено в следующих разделах выпускной квалификационной работы.