МУ Управление приводами (Лаба 1), страница 2

1. Механическая характеристика асинхронного электродвигателяНоминальный момент, развиваемый электродвигателем, составляетМ НОМ =30 ⋅ РНОМ PНОМ=,nНОМ ⋅ π ωНОМгде РНОМ - номинальная мощность двигателя, [Вт].На рис. 1 точка К – точка срыва механической характеристики двигателя, которой соответствует критическая угловая скорость ωК . При достижении критического значениявнешнего момента нагрузки происходит срыв механической характеристики, при этом скорость вращения ротора падает до нуля и двигатель развивает момент короткого замыканияМ КЗ .Для оценки разности скоростей вращения магнитного поля статора ω0 ротора ωэлектродвигателя используют скольжениеs = (ω0 − ω) / ω0 .-7Зависимость момента, развиваемого электродвигателем, от скольжения выражаетсяформулой Клосса [1,2]M Д = 2M К1 + sК R1 / R2,s sKR1+ + 2 sKsK sR2где s - текущее скольжение, sК = (ω0 − ωК ) / ω0 - критическое скольжение, R1 , R2 - активные сопротивления обмоток статора и ротора соответственно.

Часто в этом выражении активным сопротивлением статора R1 можно пренебречь. Тогда момент, развиваемый двигателем, определяется по формуле. MД =2M К.s sK+sK sДанное выражение называется упрощенной формулой Клосса [1,2] .Согласно [1], в точке срыва характеристики критический момент на валу электродвигателя M К и критическое скольжение sК равны соответственноM К = 3U 2 / 2ω0 хL ;sК = R2 / X L1 ,где U – амплитуда напряжения, подаваемого на статорные обмотки, хL = 2πfL - индуктивное сопротивление фазной обмотки статора.2. Описание лабораторной установкиОбобщенная структурная схема лабораторной установки представлена на рис.

2.Объектом управления в данной лабораторной работе является асинхронный электродвигатель модели STC 90-4D. Основные характеристики этого двигателя:1. Номинальная мощность РНОМ = 1.5 кВт2. Питающее напряжение трехфазное 380 В / 50 Гц3. Номинальная частота вращения ротора nНОМ = 1380 об/мин4.

КПДη = 76%5. Номинальный ток I НОМ = 4.33A-8-Рис. 2. Обобщенная схема лабораторной установки.где1 – программируемый логический контроллер FX-2N;2 – цифро-аналоговый преобразователь FX-2N-DA;3 – преобразователь частоты LG IS-5;4 – асинхронный электродвигатель мод. STC 90-4D;5 – фотоимпульсный датчик ЛИР 120АДля управления двигателем используется преобразователь частоты LG IS-5 мощностью 1.5 кВт. Программируемый логический контроллер управляет асинхронным двигателем путем подачи дискретных сигналов «старт – реверс – стоп» на входы преобразователячастоты Fx, Rx. Для регулирования частоты вращения ротора электродвигателя используетсяаналоговый сигнал Ua (от 0 до 10 В), подаваемый на вход преобразователя частоты V1 и пропорциональный требуемой частоте вращения ротора.2.1.

Краткое описание преобразователя частоты LG IS-5Структурная схема преобразователя частоты представлена на рис. 3.-9-Рис. 3. Структурная схема преобразователя частоты.где1 –звено постоянного тока;2 – инвертер;3 – электродвигатель STC 90-4D;4 – управляющие сигналы от сигнального процессора;5 – обратные связи по токам и напряжениям статорных обмоток электродвигателяНа силовые входы преобразователя частоты LG IS-5 (клеммы R, S, T) подается трехфазное переменное напряжение 380 В 50 Гц.

С помощью звена постоянного тока, котороесостоит из неуправляемого выпрямителя и сглаживающих емкостей, переменное напряжениевыпрямляется и сглаживается. Значение постоянного напряжения, снимаемого с выхода звена постоянного тока, составляет 540 В. Данное напряжение поступает на вход инвертора, который осуществляет его преобразование в систему трехфазных переменных напряжений срегулируемой частотой и амплитудой. Диапазон регулирования частоты – 0 … 400 Гц, а диа-- 10 пазон регулирования амплитуды – 0 … 380 В. Эти напряжения поступают на обмотки электродвигателя STC 90-4D (клеммы U, V, W), соединенные по схеме «звезда». Инвертор состоит из шести силовых транзисторов типа IGBT (биполярные транзисторы с изолированнымзатвором), которые работают в ключевом режиме «открыт – закрыт».

Процессом открытия изакрытия каждого транзистора управляет специальная микросхема, которая называетсядрайвером. В свою очередь драйверы силовых транзисторов получают управляющие сигналы от центрального процессорного узла преобразователя частоты (ЦПУ), реализованного набазе сигнального процессора Analog Device. ЦПУ осуществляет переключение силовых транзисторов в определенной последовательности, благодаря чему реализуется режим широтноимпульсной модуляции (ШИМ), позволяющий осуществлять совместное регулирование амплитуды и частоты напряжений, подаваемых в обмотки двигателя, в заданном диапазоне.Частота ШИМ выбирается пользователем в диапазоне 1 … 15 кГц.Преобразователь частоты может выполнять следующие функции:1) Настраивать привод на восемь фиксированных скоростей вращения или плавноерегулировать скорость с помощью внешнего аналогового сигнала;2) Органиовывать различные законы разгона-торможения (линейный, S-образный, Uобразный) и времена разгона-торможения (0 … 3600 с);3) Осуществлять торможение постоянным током;4) Использовать три перепрограммируемых входа и два перепрограммируемых выхода;5) Организовывать три диапазона пропуска резонансных частот;6) Использовать встроенный ПИД-регулятор для организации замкнутых систем автоматического управления технологическими процессами с датчиками обратныхсвязей;7) Организовывать различные режимы управления: от ручного внешнего пульта, отконтроллера или от компьютера;8) Регулировать выходные частоты в диапазоне 0,1 … 400 Гц, что для применяемогодвигателя STC 90-4D обеспечивает возможность регулирования скорости в диапазоне 3 … 12000 об/мин.Преобразователь частоты имеет восемь дискретных (из них три перепрограммируемых) идва аналоговых входа, а также два дискретных и один аналоговый выход, интерфейс связи скомпьютером (RS – 485) и плату для подключения фотоимпульсного датчика (Субмодуль В).Для выбора режимов управления и настройки параметров имеется съемный пульт управления с сенсорными кнопками.

Число параметров настройки равно 312, для удобства работы- 11 они разделены на семь функциональных групп. С помощью этих параметров можно задаватьприводу следующие режимы работы:1) Амплитудно – частотное управлениескоростью (U/F управление);2) Векторное управление скоростью без датчика;3) Векторное управление скоростью с датчиком;4) Управление скоростью в режиме компенсации скольжения;5) Управление моментом, развиваемым двигателем.2.2. Краткое описание программируемого логического контроллера Mitsubishi FX 2N16MTВ данной лабораторной установке используется ПЛК Mitsubishi FX2N-16MT-ESS, атакже модуль цифроаналогового преобразования FX2N-2DA.

Функциональная схема ПЛК ицифроаналогового преобразователя представлены на рис. 4.Как видно на рис. 4, ПЛК представляет собой микропроцессорное устройство совстроенными элементами памяти, генератором тактовой частоты, счетчиками и таймерами, атакже интерфейсами последовательного и параллельного ввода/вывода.Дискретные сигналы управления формируются устройством последовательного ввода/вывода (УПосВВ), сигналы с которого подаются на клеммы Fx/Rx преобразователя частоты. Данные сигналы определяют направление вращения ротора в соответствии с результатомрегулирования. Задание частоты вращения ротора электродвигателя осуществляется при помощи цифро-аналогового преобразователя.Модуль цифроаналогового преобразования позволяет производить преобразование12- разрядных чисел в напряжение в диапазоне 0 … 10В.

Выходной сигнал ЦАП q(t) подается в качестве сигнала задания на клемму V преобразователя частоты, клемма G соединена сземлей. Таким образом, амплитуда и частота напряжения, подаваемого на обмотки статора,задаются пропорционально значению сигнала q(t).Сигналом обратной связи (ОС) в данной системе является сигнал фотоимпульсногодатчика ЛИР-120А с разрешающей способностью 2500 имп./об.

Вид сигнала представлен нарис. 5. Сигнал с датчика представляет собой последовательность импульсов, передаваемыхпо двум каналам (A и B) контроллеру. В зависимости от задачи по данным измерениям определяется скорость или изменение положения ротора электродвигателя.Рис. 4. Функциональная схема ПЛК и цифроаналогового преобразователя,гдеСК – счетчик команд, РА – регистр адреса, РУС – регистр указателя стека, ССП – слово состояния процессора, АЛУ – арифме-тико-логическое устройство, А, В – буферные регистры (аккумуляторы) результата.- 13 -Рис.

5 Вид сигнала фотоимпульсного датчика.Обработка сигнала с датчика осуществляется как преобразователем частоты, так иПЛК. В случае замыкания ОС по скорости средствами преобразователя частоты датчик может использоваться в качестве датчика относительного перемещения ротора, или служитьдля измерения скорости путем подсчета импульсов за определенный промежуток времени.Сигнал с датчика поступает на УПосВВ ПЛК, где с использованием высокоскоростных счетчиков подсчитывается число импульсов, пришедших за такт регулирования.Помимо задач регулирования ПЛК осуществляет связь с ЭВМ оператора. Для этогоиспользуется встроенный интерфейсный модуль связи RS-485. Интерфейс оператора (см.разд.

3) позволяет дистанционно настроить параметры регулятора, выполнить эксперимент,сохранить и представить в виде графиков результаты проведенного эксперимента.3. Управляющая программа ПЛКПрограмма записывается в память программ контроллера в виде элементарных кодовопераций. На сегодняшний день существует множество вариантов написания программы дляПЛК. Для разработки программ контроллера используются языки программирования стандарта IEC 61131: Function Block Diagram, Structured Text, Ladder Diagram, Sequential FunctionChart. Данные языки позволяют представить программу в наиболее удобном для пользователя виде.Исторически первым способом представления программы было представление в видеассемблерных кодов и в виде релейно-контакторных схем (рис.