Диплом (1235207), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Иная картина при работе ПЧ с АИН. Форма сетевого тока такого преобразователя в общем случае представляет несколько синусоидальных импульсов, возникающих при заряде емкости фильтра. Гармонический состав такого тока крайне неблагоприятен. Для его улучшения необходимо устанавливать реакторы и на вход выпрямителя, и на звено постоянного тока (LC-фильтр), причем сводить всю индуктивность только в одно место схемы не рекомендуется, так как при этом ухудшаются другие характеристики выпрямителя (либо cosφ, либо коэффициент искажений напряжения).

По вопросу потребления реактивной мощности картина достоинств и недостатков ПЧ с АИТ и ПЧ с АИН зеркально меняется. В ПЧ с АИТ сетевой cosφ=0,87 - 0,9 в номинальном режиме и ухудшается (снижается) пропорционально величине выходного напряжения инвертора. В ПЧ с АИН сетевой cosφ как правило, не ниже значения 0,97. Улучшение сетевого cosφ для ПЧ с АИТ решается путем установки на вход компенсирующих или фильтро-компенсирующих устройств (ФКУ). При этом для приводов насосов с диапазоном регулирования 25 – 50 Гц удается выполнить ФКУ нерегулируемым с обеспечением cosφ во всем диапазоне на уровне 0,95 - 1,0. Такое ФКУ, решая одновременно задачу фильтрации 5, 7 и 11-й гармоник, оказывается весьма небольшим и недорогим, благодаря использованию современных малогабаритных косинусных конденсаторов. Ряд западных фирм предлагает ПЧ с АИТ в комплекте со встроенными ФКУ. Таким образом, ни ПЧ с АИТ, ни ПЧ с АИН в классическом варианте своего построения не обладают необходимой электромагнитной совместимостью с сетью и требуют установки дополнительных устройств, поставляемых как опции. Некое различие в подходе к установке сетевых опций в ПЧ с АИН и ПЧ с АИТ заключается лишь в том, что в первом случае опции для улучшения гармонического состава входного тока требуются всегда, а во втором случае решение о необходимости ФКУ принимается с учетом конкретных режимов регулирования, например, на насосной станции и состава остального электрооборудования (наличие синхронных двигателей).

1 – сеть; 2- фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ);

3 – управляемый выпрямитель; 4 - фильтр; 5- автономный инвертор тока; 6 – емкость; 7 – АД

Рисунок 2.3 – Схема ПЧ с АИТ

1 – выходной автоматический выключатель; 2 – входной трехфазный реактор; 3 – входной фильтр радиопомех; 4 – выпрямитель;

5 – сглаживающий дроссель фильтра; 6 – блок динамического торможения; 7 – автономный инвертор напряжения; 8 – выходной фильтр радиопомех; 9 – выходной фильтр напряжения двигателя;10 – АД

Рисунок 2.4 – Схема ПЧ с АИН

2.2.4 Элементная база преобразователей частоты

Третий критерий для сравнения ПЧ с АИТ и ПЧ с АИН - это элементная база силовой части, рано или поздно требуемая потребителю для замены вышедшей из строя. Три основных группы элементов - полупроводниковые элементы, конденсаторы и реакторное оборудование. В современных преобразователях на базе АИТ тиристоры и диоды подобно IGBT выполняются в модульном исполнений. При этом реальная нагрузочная способность внешне сходных тиристорных и IGBT-модулей резко отличается. IGBT-транзистор имеет в 1,5-2 раза большее падение напряжения в открытом состоянии и значительные динамические потери при работе на высокой частоте (не менее 50% статических). В результате ПЧ с АИТ будет содержать в 3-4 раза меньше параллельных приборов в инверторе, чем ПЧ с АИН соответствующей мощности. Отмечаем также тот факт, что IGBT-модули оснащаются импортными приборами, а современные тиристорные и диодные модули со специально разработанными для цепей АИТ быстродействующими структурами выпускаются российским производителем - АО «Электровыпрямитель», г. Саранск.

Как отмечалось выше, конденсаторы на стороне переменного тока в АИТ и конденсаторы фильтра в АИН выполняют одну и ту же роль - энергопоглощение. Однако если в качестве таковых в АИТ могут быть применены обычные косинусные конденсаторы соответствующего напряжения, являющиеся продукцией массового производства и практически не имеющие ограничении по сроку службы, то в АИН для фильтра должны быть использованы специальные электролитические конденсаторы, обычно включаемые последовательно для набора соответствующего напряжения. Эти конденсаторы существенно более дорогие, чем косинусные, так как выпускаются ограниченным числом фирм с высокотехнологичным производством. Данные конденсаторы имеют ограниченный срок службы (как правило, не более 5 лет) и не рекомендуются для длительного складского хранения.

Реакторное оборудование в АИТ и АИН - это реакторы звена постоянного тока и сетевые реакторы. Достаточно часто это оборудование является продукцией собственного производства. В России крупнейшим изготовителем реакторного оборудования был и остается Московский электрозавод (реакторы серий ФРОС, РТСТ и др.). Реакторы для мощных преобразователей частоты изготавливает также АО «Уралэлектротяжмаш».

Силовая схема ПЧ с АИН с одномостовым выпрямителем на входе в отличие от ПЧ с АИТ не реализует режима рекуперативного торможения и поэтому, как правило, содержит еще один специфический элемент в силовой схеме - отдельно устанавливаемый тормозной резистор и дополнительный (7-й) IGBT для реализации режима динамического торможения. Следующие два специфических элемента, присущие ПЧ с АИН, - это входные и выходные фильтры радиопомех, необходимые из-за высокой частоты (5-15 кГц), на которой работают IGBT-транзисторы.

Сопоставление двух основных типов преобразователей частоты показывает, что для мощных регулируемых электроприводов переменного тока в большинстве случаев более целесообразным оказывается применение ПЧ с АИТ. Это особенно актуально для отечественного потребителя, выполняющего модернизацию нерегулируемого электропривода и не имеющего возможности замены серийного двигателя на специальный IGBT совместимый. Конкретно граница разграничения по мощности должна определяться технико-экономическим обоснованием в каждом конкретном случае по минимальным годовым расходам.

2.2.5 Современные тенденции развития программного обеспечения современных ПЧ

Силовая часть ПЧ АИН (рисунок 2.5 ) состоит из нерегулируемого выпрямителя В, промежуточного контура напряжения, включающего реактор L (может отсутствовать) и конденсатор С (есть всегда), и автономного инвертора напряжения АИН. Последний по заданному закону широтно-импульсной модуляции (ШИМ) преобразует постоянное напряжение в регулируемое по частоте и амплитуде первой гармоники выходное напряжение.

Рисунок 2.5 – Система управления ПЧ АИН

Основа системы управления ПЧ - модуль микроконтроллера, программное обеспече­ние и вычислительные характеристики которого в основном определяют возможности системы регулирования электропривода.

При работе ПЧ в режиме "Местное управление" используется встроенный пульт управления (ПУ), имеющий набор кнопок и дисплей для отображения заданных и текущих параметров, адресов, функций, сообщений об ошибках и т.п. Программное обеспечение микроконтроллера (МК) позволяет с помощью ПУ настроить регулируемый электропривод с реализацией всех возможностей, заложенных в системе управления данного ПЧ.

В режиме "Дистанционное управление" информация передается через клеммник управления "сигналы Вх/Вых" или по последовательному интерфейсу "ЭВМ" (обычно RS232 и/или RS485).

Интерфейсный модуль (ИМ) преобразователя частоты предназначен для согласования по уровню и преобразования в цифровую форму сигналов, поступающих с клеммника управления и с внутренних датчиков ПЧ (датчики напряжения сети U₁, на входе U_c и выходе U₂ АИН; датчики температуры охладителя ПЧ; датчики силы тока сети I₁ , инвертора и двигателя). Этот же ИМ служит для преобразования выходных сигналов, обычно, это сигналы для измерительных приборов и индикации, а также релейные выходы для управления внешними реле и контакторами.

Наличие модулей МК, ПУ, ИМ характерно для микропроцессорной системы управления (МПСУ) любого электронного устройства. Особенность МПСУ ПЧ состоит в наличии ШИМ-контроллера, который может быть встроен в микросхему МК или выполнен в виде одной или нескольких отдельных микросхем. На выходе ШИМ-контроллера в соответствии с текущим режимом ПЧ образуются шесть дискретных сигналов управления транзисторами АИН, уровень которых обычно соответствует стандарту TTL.

Модуль выходных усилителей (ВУ) обеспечивает согласование этих сигналов с входными характеристиками IGBT-модулей и гальваническую высоковольтную развязку сигналов.

Основные функции, реализуемые микропроцессорной системой управления современного ПЧ, можно условно разделить на следующие группы:

• команды внутреннего пульта и индикация заданных и текущих параметров;

• ограничение переменных и анализ отказов;

• простые законы частотного регулирования, ускорение и замедление двигателя;

• программирование аналоговых и дискретных входов-выходов ПЧ, регулирование технологических параметров;

• управление без датчиков в контуре скорости;

• управление моментом электродвигателя;

• расширение функций с помощью дополнительных модулей;

• макропрограммы ПЧ.

Первые четыре группы функций можно реализовать с помощью системы управления практически всех современных ПЧ. Полный набор перечисленных функций в той или иной степени реализован в следующих ПЧ: АСS600 (АВВ); Y300 (HITACHI); SIMOVERT MASTER DRIVES (SIEMENS) и др.

Такие эксплуатационные характеристики ПЧ, как наглядность отображения режимов, простота обслуживания и т.д., в значительной степени зависят от программ, управляющих сервисными функциями и обеспечивающих обслуживание пультов управления ПЧ, работу с командными кнопками, отображение на дисплее текущих значений переменных, заданных опорных величин, программируемых параметров, сообщений об отказах и их предыстории, предупреждений и т.п. Эти различные для разных ПЧ программы, зависящие от вида примененного пульта управления (число кнопок управления дисплеем и их функции, тип дисплея и его разрядность), могут повлиять в итоге на выбор типа ПЧ для конкретного электропривода.

Производители ПЧ для облегчения программирования, осуществляемого пользователями на стадии ввода в эксплуатацию, создают специальные макросы - предварительно запрограммированный набор параметров, ориентированный на некоторые стандартные применения. Если имеющийся в программном обеспечении макрос соответствует условиям применения ПЧ в конкретном электроприводе, достаточно только проверить соответствие параметров привода заводским установкам, ввести номинальные данные двигателя и осуществить пуск. Заводские установки параметров обычно соответствуют средним значениям, имеющимся на практике.

2.3 Разработка структурной схемы автоматического управления

На структурной схеме все основные функциональные части изделия изображаются в виде прямоугольников. Основные составные части изделия изображаются, как правило, без учета их действительного расположения, однако графическое построение схемы должно наглядно показывать взаимодействие его функциональных частей. В структурную схему входят объект, электроприводы, система автоматизации, информационные и управ­ляющие средства.

Для каждой функциональной части изделия должно быть указано наиме­нование, но можно также указать тип части или обозначение документа, на основании которого этот элемент применен. Все эти сведения, как правило, вписывают внутрь прямоугольников. При большом числе функциональных частей указанные сведения допускается помещать в таблицах, при этом функциональные части следует нумеровать. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному при­знаку, и пути передачи воздействий между ними. Выбор структуры управления объектом автоматизации определяет эффективность работы этого объекта, относительную стоимость системы управления, ее надежность и ремонтопригодность [12].

В дипломном проекте необходимо разработать автоматическую систему управления компрессорной установки. Разработка автоматической системы включает разработку структурной (рисунок 2.6 ), функциональной и принципиальной схем управления.

Перед разработкой схемы управления, необходимо выбрать контроллер, который будет управлять компрессорной установкой. Выбранный контроллер должен удовлетворять требованиям к системе управления, точность, быстродействие, количество входов/выходов. Компрессорная установка должна обеспечивать определенный уровень давления в сети. Входными сигналами будут:

- уровень давления на выходе из ресивера;

- датчик температуры компрессора;

- датчик температуры двигателя;

- датчик избыточного давления компрессора;

- расходомер.

С изменением входного сигнала с датчика давления в сети должна изменяться частота вращения двигателя. Для увеличения скорости реакции системы, не дожидаясь падения давления в сети изменение частоты вращения будет происходить по показаниям расходомера с поддержанием необходимого давления. Выходными сигналами будут:

- частота двигателя;

- напряжение двигателя.

Характеристики

Список файлов ВКР