Диссертация (Обоснование параметров металлоконструкций грузовых тележек кранов мостового типа на основе универсальной компоновочной схемы), страница 9

Для достижения поставленной цели было проведено экспериментальное исследование работы привода с системой управления наоснове преобразователя частоты.3.2 Методика проведения экспериментального исследования работычастотно-регулируемого электроприводаВ рамках экспериментального исследования необходимо решить следующие задачи.1. Оценить влияние настройки системы управления частотно-регулируемогоэлектропривода на характеристики неустановившегося движения и уровень действующих динамических нагрузок в различных режимах работы, характерных длягрузоподъёмной техники.2. Оценить влияние режимов работы на функционирование привода и элементов системы управления [29].Для проведения исследования была использована экспериментальная установка, представляющая по своей конструкции обобщенный механизм грузоподъ-48ёмной машины с жёсткими звеньями, оборудованной системой управления на базе преобразователя частоты, позволяющая моделировать динамические процессы,происходящие в механизмах различного назначения (рисунок 3.1) [29].Экспериментальная установка приводится в движение трехфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором АО2-31-6/4 1, способным развивать мощность 0,75 кВт при номинальной частоте вращения 950 об/мини 1,1 кВт при частоте вращения 1450 об/мин.

Массы реального механизма имитируются с помощью трех дисков 6, закрепляемых на приводном валу с помощьюспециальной гайки 7 и контргайки 8 [29]. Добавляя или убирая диски, возможнодискретно изменять момент инерции системы. Приводной вал опирается на подшипники опоры 4, а диски вращаются внутри защитного кожуха 5, который обеспечивает безопасность персонала при работе с установкой. Доступ внутрь защитного кожуха для изменения количества дисков обеспечивается торцевой крышкой9. Для соединения приводного вала и вала электродвигателя использована упругая втулочно-пальцевая муфта, совмещённая с тормозным шкивом колодочноготормоза ТКТ-100, применяемого для торможения вращающихся масс различнойинерции (рисунок 3.1) [29].а)б)Рисунок 3.1 – Экспериментальная установка для моделированиянеустановившегося движения промышленных приводов: а – конструкцияэкспериментальной установки; б – общий вид установки (1 – электродвигатель;2 – муфта; 3 – тормоз; 4 – подшипниковая опора; 5 – защитный кожух; 6 – диски;7 – гайка; 8 – контргайка; 9 – торцевая крышка)49Для регулирования частоты вращения и движущего момента электродвигателя экспериментальная установка оборудована системой управления на базе преобразователя частоты Е2-8300-002Н производства компании «Веспер» [61] (рисунок 3.2).Рисунок 3.2 – Преобразователь частоты «ВЕСПЕР» Е2-8300-002НДанный преобразователь частоты относится к векторным преобразователямбез обратной связи и может работать как в режиме векторного, так и в режимескалярного управления с поддержанием требуемого соотношения между напряжением и частотой тока питания электродвигателя (U/f) [29, 84].

Скалярный режим является основным и применяется для простого управления скоростью электродвигателя [84]. Векторный режим необходим для управления электродвигателем в расширенном диапазоне скоростей с более высокой точностью регулирования скорости [84]. Преобразователь частоты обладает следующими техническимихарактеристиками: мощность преобразователя, кВА – 2; мощность двигателя, кВт– 1,5; номинальный выходной ток, А –3,8; напряжение питание – трёхфазное 380480 В +10% –15%, 50-60 Гц ± 5%; выходное напряжение – трёхфазное: от 0 до Uпитания, 0-400 Гц; масса, кг – 1,3; допустимое время потери питающего напряжения, с – 1 [85]. Для обеспечения максимальной точности результатов во время50проведения экспериментального исследования используется векторный режимуправления электроприводом экспериментальной установки [29, 84, 85].Используемая модель частотного преобразователя обладает интерфейсом,включающим 6 дискретных входов (S1-S6), 2 дискретных выхода (R1,R2), аналоговый вход (AIN), аналоговый выход FM+, выходы источников питания (10V,24V, COM) линию последовательной связи с компьютером посредством интерфейсов USB, RS-232 или RS-485 (c использованием опциональных модулей) (рисунок 3.3).

Данный интерфейс используется для подключения управляющих цепей и внешних элементов системы управления приводом [84, 85].Рисунок 3.3 – Интерфейс преобразователя частоты Е2-8300-002НПЧ Е2-8300-002Н позволяет устанавливать до 3-х фиксированных скоростей работы, задавать время разгона-торможения в интервале от 0,1 до 3600 с, регулировать плавность переходов от постоянной скорости к ускорениюзамедлению, вводить запрет работы привода на определённых частотах дляпредотвращения возникновения резонансных явлений, задавать ограничение крутящего момента, производить выбор способа останова (остановка привода инжекцией постоянного тока, остановка с использованием инерции нагрузки) [84, 85].51Программирование режимов работы производится с помощью задания значений констант, отвечающих за основные функции преобразователя.

Всего насчитывается 150 констант 15 различных групп [84, 85].Согласно [84, 85] «преобразователь E2-8300 имеет встроенный программируемый логический контроллер (ПЛК). Пользователь может, при необходимости,ввести последовательную схему с персонального компьютера (под ОС Windows) спомощью специальной программы «8300 Drive Link». Встроенный ПЛК используется для создания схем функционирования различных установок, использующих преобразователи частоты, с целью повышения степени автоматизации управления технологическими процессами.

Это позволяет, в ряде случаев, отказаться отиспользования внешних контроллеров».Ввод необходимых данных в преобразователь частоты осуществляется спомощью съёмного пульта управления с четырёхразрядным 7-сегментным индикатором (рисунок 3.4) [84, 85].Подача питающего напряжения на входные клеммы L1-L3 ПЧ производитсяс помощью автоматического выключателя, рассчитанного на номинальные величины напряжения и тока преобразователя.

В качестве предохранительного устройства для защиты электропривода экспериментальной установки и гарантированного разрыва цепи в случае возникновения экстратока короткого замыкания используются плавкие вставки [84, 85]. Через выходные клеммы T1-T3 ток с необходимой частоты подаётся на обмотки статора короткозамкнутого электродвигателя.Тормоз установки управляется с помощью магнитного контактора (МК), через реле с многофункциональными дискретными выходами R1A, R1C.

В момент включения электродвигателя частотный преобразователь замыкает цепь магнитногоконтактора, который в свою очередь подаёт напряжение на электромагнит тормоза, в результате чего происходит снятие колодок с тормозного шкива [84, 85].52Рисунок 3.4 – Пульт управления частотным преобразователем Е2-8300-002НСхема электропривода экспериментальной установки показана на рисунке 3.5.Рисунок 3.5 – Схема электропривода экспериментальной установки53Экспериментальная установка способна производить разгон и торможениеинерционных масс в неуправляемом и управляемом режиме.

В первом случае разгон производится по естественной механической характеристике прямым подключением питающего напряжения к входным клеммам электродвигателя, а торможение инерционных масс производится механическим тормозом [29]. Во втором случае контроль времени ускорения инерционных масс в режиме неустановившегося движения производится частотным преобразователем, причем торможение установки происходит в режиме противовключения электродвигателя. Приэтом кинетическая энергия установки преобразуется в электрическую и подаётсяна тормозной резистор ТР-6,25 (рисунок 3.6, а) сопротивлением 400 Ом и мощностью 200 Вт где рассевается в виде тепла [84, 85].а)б)Рисунок 3.6 – Тормозной резистор ТР-6,25: а – общий вид тормозного резистора;б – зависимость температуры нагрева тормозного резистора от действующейнагрузкиСогласно техническим характеристикам тормозного резистора его температура возрастает пропорционально приложенной нагрузке (рисунок 3.6, б) [82, 83],наличие которой в рамках проводимого эксперимента обуславливается динамическим воздействием вращающихся масс на привод экспериментальной установки.Таким образом, температура нагрева тормозного резистора и отдельных элементов исследуемого механизма является показателем качества работы привода и54может использоваться для оценки уровня его нагруженности при различныхнастройках системы управления.

Дополнительно данный показатель позволяетоценить влияние режимов работы на функционирование привода и элементов системы управления.Для снятия тепловых характеристик работы привода использовался тепловизор Fluke Ti40. Данный тепловизор способен фиксировать картину распределения теплового излучения с точностью 0,08 °С, с пределом измерения от -22 °С до+110 °С [132].Рисунок 3.7 – Тепловизор Fluke Ti40Для имитации полной динамической нагрузки привода использовались всетри диска экспериментальной установки, при этом приведённый момент инерциивращающихся масс равнялся Jпр = 0,294 кг∙м2.