Установка и подключение преобразователя частоты

Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет ____энергетический____________________________

Кафедра _электропривода и электрического транспорта_____

М.П.Дунаев

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания для лабораторных занятий

Иркутск

2012 г.

М.П.Дунаев. Силовая электроника: Методические указания для лабораторных занятий. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. – 46 с.

Рассмотрен принцип действия, схемы и характеристики преобразователей постоянного и переменного тока, отмечены их достоинства и недостатки, обозначены области применения.

Лабораторный практикум подготовлен на кафедре электропривода и электротранспорта ИрГТУ и предназначен для бакалавров направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для лекционыхзанятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 64 с. ЭИ.

2. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для практических занятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 23 с. ЭИ.

3. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для самостоятельной работы. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 6 с. ЭИ.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

4. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: Академия, 2008.

5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005.

Контрольные вопросы:

1. Объясните принцип регулирования выходного напряжения (частоты) преобразователя.

2. Объясните работу силовой схемы преобразователя.

3. Опишите функциональную схему управления преобразователя.

4. Сравните экспериментальные и теоретические характеристики преобразователя.

Содержание

Стр.

Лабораторная работа №1………………………………………………………..3

Лабораторная работа №2……………………………………………………….10

Лабораторная работа №3……………………………………………………….16

Лабораторная работа №4……………………………………………………….21

Лабораторная работа №5……………………………………………………….27

Лабораторная работа №6……………………………………………………….33

Лабораторная работа №7……………………………………………………….37

Лабораторная работа 1

УПРАВЛЯЕМЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик управляемого тиристорного выпрямителя.

1. Общие сведения

Регулирование выходного напряжения УВ достигается управлением моментом открывания тиристоров преобразователя. В большинстве УВ используется импульсно-фазовый способ управления. Сущность его заключается в том, что на управляющий электрод (УЭ) тиристора периодически с частотой питания анодного напряжения подается электрический импульс, фаза которого может изменяться по отношению к анодному напряжению. Тем самым изменяется момент открывания тиристора. Угол a, отсчитываемый от момента, когда потенциал анода становится больше потенциала катода, до момента подачи управляющего импульса, называется углом управления тиристора.

Рассмотрим принцип регулирования напряжения на примере включения тиристора по однофазной однополупериодной схеме выпрямления (рис.1).

Управляющие импульсы образуются с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ), служащего для изменения угла регулирования a. Допустим, что на УЭ тиристора VS1 от СИФУ подан импульс в момент времени t1 . Этот импульс открывает тиристор и к нагрузке R_н скачком будет приложено напряжение, которое буден изменяться по кривой Uн. В момент времени t2 напряжение Uн становится равным нулю и тиристор закрывается, т.к. к нему приложено напряжение отрицательной полуволны. На интервале t2 - t3 ток через нагрузку не протекает. В момент t4 на УЭ тиристора подается следующий импульс управления с СИФУ и работа схемы повторяется. На рис.2 показан график зависимости Uн от угла открывания тиристора a. Максимальное напряжение Uнo получается при полностью открытом тиристоре, когда угол a=0 (естественное открывание относительно синусоиды напряжения питания).

Рис.2.

Изменяя угол a , можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения.

Функциональная схема одного канала СИФУ и диаграммы работы его элементов показаны соответственно на рис.3 и рис.4.

На схеме обозначены:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения. Синхронизирует работу силовой части и системы управления; обычно выполняется в виде понижающего маломощного трансформатора или (реже) в виде резистивного делителя напряжения.

ГПН - генератор периодического напряжения, как правило, линейно нарастающего ("пилообразного").

К - компаратор (нуль-орган). Здесь сравниваются два напряжения - с выхода ГПН и напряжение управления. На выходе компаратора вырабатывается угол регулирования a.

УФ - усилитель-формирователь импульсов управления, формирует необходимые параметры импульса управления тиристором: амплитуду, длительность и форму.

ГР - гальваническая развязка, обеспечивающая разделение высокого потенциала силовой цепи и низкого потенциала системы управления. Обычно выполняется на импульсном трансформаторе или оптроне.

2. Описание лабораторного стенда

Силовая часть стенда показана на рис.6. На схеме обозначены: QF1 – автоматический выключатель силовой части, S1 – тумблер включения СИФУ, VS1 - VS3 - тиристоры трехфазной нулевой схемы, М1 - двигатель, G1 – нагрузочный генератор, ВЕ1 – тахогенератор, Rн – нагрузочный реостат, рА1 – амперметр тока двигателя, рА2 – амперметр тока нагрузочного генератора, рV1 – вольтметр напряжения управления, рV2 – вольтметр напряжения двигателя, рV3 – вольтметр напряжения тахогенератора.

Для трехфазной нулевой схемы выпрямления (a=0): К_сх = 1,17; К_п=0,5.

Импульсы управления от СИФУ подаются на тиристоры VS1,VS2,VS3 со сдвигом 120^o.

Система управления УВ (трехканальная СИФУ) показана на рис.7.

Один канал СИФУ включает в себя: ГПН (выполнен на VT1, VD1, C1, R1, R2), К (выполнен на VT2, R3, R4), УФ (выполнен на VT3, VT4, C2, R5, R6), ГР (выполнена на TИ1, VD2, VD3).

Основные данные электрооборудования стенда представлены в табл.1.

Таблица 1

3. Программа работы

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Снимите регулировочные характеристики преобразователя U_вых=f(U_у ) и двигателя U_тг =f(U_у ) при холостом ходе (I_н =0). Данные занесите в табл.2. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.7.

3. Определите выходные характеристики преобразователя U_вых =f(I_н) и двигателя U_тг=f(I_н) при U_{вых хх} = 40, 60, 80 В. Данные занесите в табл.3. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.8.

Таблица 2

Таблица 3

Лабораторная работа 2

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик промышленного широтно-импульсного преобразователя типа ТЕ-9.

1. Общие сведения

Количественно работу ШИП удобно описывать, используя понятие скважности g : g = Т_и/T = Т_и/(Т_и+Т_п) ,

где Т_и - продолжительность подачи Uп (ключ замкнут),

Т_п - продолжительность паузы (ключ разомкнут).

Скважность в ШИП может изменяться от 0 до 1.

В лабораторной работе исследуется схема последовательного ШИП с резонансной коммутацией.

Схема ШИП показана на рис.2.

На схеме обозначено: VS1 - силовой (рабочий) тиристор; VS2 - коммутирующий (вспомогательный) тиристор; L1, C1 - резонансная коммутирующая цепочка; VD1 – коммутирующий диод, определяющий нужную полярность конденсатора С1; VD2 - диод реактивной мощности, служащий для замыкания тока нагрузки во время паузы работы ШИП; Z_н - нагрузка.

Схема работает следующим образом. Первый импульс управления приходит на тиристор VS2 и тиристор открывается, заряжая конденсатор С1 в полярности, указанной без скобок. После окончания заряда конденсатора тиристор VS2 закрывается. Второй импульс управления открывает тиристор VS1 и к нагрузке прикладывается напряжение источника питания U_п. Одновременно через открытый тиристор VS1, диод VD1 и дроссель L1 конденсатор С1 перезаряжается по резонансному закону в полярность, указанную в скобках. Процесс перезаряда конденсатора С1 происходит достаточно быстро, т.к. в этой цепи практически отсутствует активное сопротивление. Для запирания тиристора VS1 импульсом управления включается тиристор VS2. Конденсатор С1 встречным током запирает тиристор VS1, а после этого закрывается и тиристор VS2. Резонансная цепочка C1, L1 обеспечивает условие U_c1>U_п.

Функциональная схема системы управления ШИП показана на рис.3, где изображены следующие функциональные элементы: И - интегратор, вырабатывающий линейно изменяющееся напряжение, РЭ - релейный элемент, периодически переключающий полярность входного сигнала интегратора, ГТИ - генератор треугольных импульсов, состоящий из интегратора и релейного элемента, К - компаратор, сравнивающий сигнал ГТИ и сигнал управления Uу, ЛИ - логический инвертор, меняющий фазу выходного напряжения компаратора на 180 градусов, УФ1,УФ2 - усилители-формирователи импульсов управления тиристорами по каналам управления,

Диаграммы работы системы управления ШИП показаны на рис.4.

2. Описание лабораторного стенда

Схема силовой части стенда показана на рис.5, а системы управления – на рис.6. На схеме обозначены: QF1 – автоматический выключатель силовой части, QF2 – автоматический выключатель напряжения возбуждения, VS1–VS2 - тиристоры силовой схемы, М1 - двигатель, G1 – нагрузочный генератор, ВЕ1 – тахогенератор, Rн – нагрузочный реостат, рА1 – амперметр тока нагрузочного генератора, рV2 – вольтметр напряжения двигателя, рV3 – вольтметр напряжения тахогенератора, рV4 – вольтметр напряжения управления,VD3–VD6 – выпрямитель, Сф – сглаживающий фильтр.

Данные электрооборудования стенда приведены в таблице 1.

Таблица 1

3. Программа работы

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Снимите регулировочные характеристики преобразователя U_вых=f(U_у) и двигателя U_тг =f(U_у) при холостом ходе (I_н =0). Данные занесите в табл.2. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.7.

3. Определите выходные характеристики преобразователя U_вых =f(I_н) и двигателя U_тг=f(I_н) при U_{вых хх} = 40, 50, 60 В. Данные занесите в табл.3. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.8.

Таблица 2

Таблица 3

Лабораторная работа 3

ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЧИП)

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик ЧИП.

1. Общие сведения

Принцип регулирования выходного напряжения ЧИП заключается в изменении выходной частоты ЧИП при постоянной длительности (ширине) импульса выходного напряжения t_и, т.е. фактически изменяется длительность паузы t_п. Отметим основные отличия ЧИП от ШИП: выходная частота ЧИП изменяется (частота ШИП постоянна), период выходного напряжения ЧИП изменяется (период выходного напряжения ШИП постоянен), длительность импульса выходного напряжения ЧИП постоянна (длительность импульса выходного напряжения ШИП изменяется).

В ЧИП, как и в ШИП, регулируется среднее выходное напряжение.

Силовая схема ЧИП представлена на рис.1. Фактически это схема однофазного мостового инвертора, нагрузка Zн которого включена на стороне постоянного (пульсирующего) тока. В схему включены следующие элементы: VS1...VS4 - силовые тиристоры, C1 - коммутирующий конденсатор, L1 - коммутирующий дроссель.

Порядок включения тиристоров схемы: попарно включаются тиристоры VS1,VS4 и VS2,VS3. Затем порядок повторяется.

Рассмотрим, как в этой схеме происходит коммутация тиристоров. Основной режим работы схемы - это режим прерывистого тока в нагрузке. В этом случае имеет место естественная коммутация тиристоров, т.е. тиристоры работающей пары закрываются, когда зарядится конденсатор С1 и ток уменьшится до нуля. Такой способ коммутации весьма надежен.

Функциональная схема системы управления ЧИП представлена на рис.2, а ее диаграммы работы – на рис.3. На схеме обозначено: ЗГ - задающий генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы, частота которых зависит от напряжения управления (ЗГ является частотно-импульсным модулятором). РИ - распределитель импульсов по каналам управления, вырабатывающий прямоугольные импульсы со сдвигом 180^o и частотой, вдвое меньшей частоты ЗГ. УФ1,УФ2 - усилители-формирователи импульсов управления тиристорами. ГР1, ГР2 - устройства гальванической развязки.

Регулировочная характеристика ЧИП подобна характеристике ШИП, а выходные характеристики ЧИП аналогичны характеристикам УВ и отличаются только тем, что преимущественно располагаются в зоне прерывистых токов.

Для электроприводов малой и средней мощности практическое значение имеет частотно-импульсное регулирование скорости двигателя постоянного тока. Схемы такого электропривода просты и обеспечивают плавное регулирование угловой скорости с высоким быстродействием. При замыкании системы может быть обеспечен широкий диапазон регулирования скорости.

При данном способе регулирования энергетические показатели несколько хуже, чем при фазовом управлении в УВ. Это обусловлено пульсациями выпрямленного тока, увеличивающими потери, и двукратным преобразовании энергии.

Для регулирования среднего значения выходного напряжения U_ср необходимо изменять скважность g от 1 до нуля. По якорной цепи идет пульсирующий ток.

Зависимость U_ср от g представляется как

U_ср = g U_п ,

где g = t_и/T - скважность,

t_и - время импульса,

U_п – напряжение источника питания ЧИП,

T - период коммутации тиристора.

2. Описание лабораторного стенда

Схема силовой части стенда показана на рис.5, а системы управления – на рис.4. На схеме обозначены: QF1 – автоматический выключатель силовой части, VD3-VD6 – выпрямитель, Сф – сглаживающий фильтр, VS1-VS4 –тиристоры силовой схемы, С1 – коммутирующий конденсатор, VD2 – замыкающий диод, М1 – двигатель, G1 – нагрузочный генератор, ВЕ1 – тахогенератор, Rн – нагрузочный реостат, рА1 – амперметр тока двигателя, рV2 – вольтметр напряжения двигателя, рV3 – вольтметр напряжения тахогенератора.

Данные электрооборудования стенда приведены в таблице 1.

Таблица 1

3. Программа работы

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Снимите регулировочные характеристики преобразователя U_вых=f(U_у) и двигателя U_тг =f(U_у) при холостом ходе (I_н =0). Данные занесите в табл.2. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.6.

3. Определите выходные характеристики преобразователя U_вых =f(I_н) и двигателя U_тг=f(I_н) при U_{вых хх} = 40, 60, 80 В. Данные занесите в табл.3. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.7.

Таблица 2

Таблица 3

Лабораторная работа 4

ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ (ТРН)

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик ТРН.

1. Общие сведения

Однофазные силовые схемы ключей переменного тока могут работать в следующих двух режимах:

- симметричный режим, при котором в кривой выходного напряжения присутствует только переменная составляющая, а постоянная составляющая равна нулю. В этом случае углы регулирования a1=a2, а выходное напряжение изменяется от нуля до Uc. Такой режим работы характерен для плавного пуска двигателя переменного тока, а также для регулирования его частоты вращения.

- несимметричный режим, при котором в кривой выходного напряжения наряду с переменной составляющей присутствует также постоянная составляющая. В этом случае углы регулирования не равны между собой, и в предельной ситуации один из них может быть равен 0 или 180^о . Такой режим работы характерен для торможения двигателя.

Два встречно-параллельно включенных тиристора с симметричным управлением углом открывания и естественной коммутацией представляют собой бесконтактный быстродействующий ключ, позволяющий путем периодического замыкания силовых цепей изменять в широких пределах значение переменного тока и напряжения в нагрузке.

Трехфазные схемы ТРН получают, комбинируя различным образом однофазные ключи переменного тока. Силовая схема лабораторного стенда приведена на рис.2.

Системы управления ТРН - это СИФУ, поскольку в ТРН применяется фазовый способ управления. Синхронная СИФУ ТРН включает в себя шесть каналов управления тиристорами, выходные импульсы которых сдвинуты друг относительно друга на 60^о.

Статические характеристики ТРН аналогичны подобным характеристикам УВ.

ТРН позволяет проводить управляемый пуск и осуществлять плавное регулирование угловой скорости трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Регулирование скорости осуществляется вниз от номинальной за счет снижения напряжения на статоре двигателя с использованием обратной связи по скорости.

2. Описание лабораторного стенда

В комплект лабораторного стенда входят две электрические машины:

трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4АА50В4У3 и нагрузочная машина постоянного тока типа СЛ-621, которая используется для измерения частоты вращения и организации обратной связи. Основные данные ТРН и электромашин приведены в табл.1.

Схема силовой части стенда показана на рис.3, а системы управления – на рис.4. На схеме обозначены: QF1 – автоматический выключатель силовой части, VS1-VS6 – тиристоры силовой схемы, М1 – двигатель, G1 – нагрузочная машина, ЦТ-3М – тахометр, Rн – нагрузочный реостат, рА1 – амперметр тока двигателя, рV1 – вольтметр напряжения двигателя, рV2 – вольтметр напряжения управления.

Рис.3. Силовая схема ТРН-АД

Таблица 1

3. Программа работы

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Снимите регулировочные характеристики преобразователя U_вых=f(U_у) и двигателя n=f(U_у) при холостом ходе. Данные занесите в табл.3. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.5. Проанализируйте характеристики. Определите диапазоны регулирования напряжения D = U_мин …U_макс и частоты вращения D = n _мин … n _макс.

3. Определите выходные характеристики преобразователя U_вых =f(I_н) и механические характеристики двигателя n=f(I_н) при напряжении холостого хода U_{вых хх}= 100, 150 В. Данные занесите в табл.4. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.6. Проанализируйте характеристики.

Таблица 3

Таблица 4

Лабораторная работа 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ (ТПЧ)

Цель работы: изучение принципа действия и определение характеристик ТПЧ с одноступенчатой коммутацией.

1. Общие сведения

Функциональная схема ТПЧ со звеном постоянного тока показана на рис.1, где обозначены следующие блоки:

УВ - управляемый тиристорный выпрямитель,

Ф - сглаживающий фильтр,

АИ - автономный инвертор,

М1 - нагрузка (двигатель),

СУВ - система управления выпрямителем,

СУИ - система управления инвертором,

БС - блок связи между СУВ и СУИ.

Управляемый выпрямитель УВ преобразует переменное напряжение питающей сети Uc в выпрямленное постоянное, которое затем сглаживается фильтром Ф (обычно Г-образным) и подается в виде напряжения питания на автономный инвертор АИ. Выходная частота АИ регулируется с помощью СУИ, а амплитуда выходного переменного напряжения АИ (ТПЧ) регулируется в блоке УВ с помощью СУВ. Блок БС согласует напряжения управления УВ и АИ для задания необходимого закона управления выходным напряжением Uвых и частотой fвых.

Схема трехфазного инвертора с одноступенчатой коммутацией изображена на рис.2, где приняты следующие обозначения:

Порядок работы тиристоров в схеме следующий:

VS1-VS2, VS2-VS3, VS3-VS4, VS4-VS5, VS5-VS6, VS6-VS1 и т.д. Импульсы управления поступают на пары тиристоров со сдвигом 60⁰.

Заряд коммутирующих конденсаторов происходит во время открытого состояния соответствующих по номеру тиристоров. Закрывание открытого тиристора происходит при включении соседнего тиристора одной с открытым тиристором группы (анодной или катодной) за счет встречного разряда коммутирующего конденсатора.

Система управления трехфазным инвертором представлена на рис.4, где обозначены следующие функциональные блоки:

ЗГ - задающий генератор,

РИ - распределитель импульсов управления,

УФ1...УФ6 - усилители-формирователи импульсов управления,

ГР1...ГР6 - устройства гальванической развязки.

Регулировочная характеристика ТПЧ показана на рис.5. По характеристике видно, что выходная частота ТПЧ ограничена и снизу (fмин), и сверху (fмах). Ограничение сверху обусловлено тем, что управляемый двигатель рассчитан на определенную частоту, превышать которую намного нельзя из-за возможных механических повреждений двигателя вследствие увеличения его частоты вращения выше номинальной. Ограничение выходной частоты снизу связано с несинусоидальностью формы выходного напряжения ТПЧ, т.к. при уменьшении ее ниже fмин частота вращения двигателя становится неравномерной, появляются рывки. Поэтому выходная частота ТПЧ обычно лежит в пределах от 5 до 60 Гц.

Частотное управление стало широко применяться благодаря разработке и внедрению надежных преобразователей частоты (ТПЧ). Достоинством этого метода является то, что регулирование производится при малых потерях скольжения, возможно плавное изменение скорости и формирование необходимых механических характеристик; возможно применение асинхронных короткозамкнутых двигателей, отличающихся своей надежностью и простотой.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторная установка ТПЧ-АД предназначена для изучения статических и динамических характеристик разомкнутой и замкнутой систем электропривода. В ее состав входят: тиристорный преобразователь частоты ТПЧ, исследуемый асинхронный двигатель типа 4АА50В4У3, нагрузочный генератор постоянного тока СЛ-621, цифровой тахометр ЦТ-3М . Система управления установкой обеспечивает: пуск, регулирование частоты вращения и остановку двигателя, регулирование величины нагрузки на валу испытуемого двигателя, защиту электрических машин и преобразователя от перегрузки и токов короткого замыкания, сигнализацию о включении установки, измерение параметров режима работы установки.

На лицевой панели ТПЧ расположены следующие аппараты управления: тумблеры включения силовой части и системы управления преобразователя, задатчик частоты вращения, кнопка "Защита". Реостат нагрузки размещен на фундаменте. Приборы установки предназначены для измерения: PA1- тока якоря нагрузочного генератора, ЦТ-3М - частоты вращения двигателя; ЦЧ - частоты задающего генератора СУИ или выходной частоты ТПЧ (в зависимости от режима измерения), PV1 - фазного напряжения статора.

Порядок подготовки к работе лабораторной установки следующий:

1.Включаются тумблеры силовой части и системы управления ТПЧ.

2. Нажимается кнопка "Защита".

3. Задатчиком частоты вращения устанавливается необходимая скорость двигателя.

Для изменения нагрузки необходимо с помощью реостата изменять величину нагрузки.

Технические характеристики ТПЧ представлены в табл.1, а электромашин стенда – в табл.2 на стр.24.

Таблица 1

3. Программа исследований

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Определите регулировочные характеристики двигателя n=k(fвых) и ТПЧ Uвых=k(fвых).

3. Определите статические характеристики системы n=f(Iн) и Uвых= f(Iн) при выходной частоте ТПЧ 20 и 35 Гц.

4. Постройте полученные характеристики в одном масштабе.

5. Рассчитайте основные показатели регулирования: диапазон регулирования D = nмах/nmin, статизм s = (n_о – n)/ n_о.

Лабораторная работа 6

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Цель работы: изучение принципа действия и определение характеристик транзисторного ПЧ.

1. Общие сведения

Функциональная схема транзисторного ПЧ со звеном постоянного тока показана на рис.1, где обозначены следующие блоки: В – выпрямитель с транзисторным регулятором на выходе, Ф - сглаживающий фильтр, АИ - автономный инвертор, М1 - нагрузка (двигатель), СРН - система регулирования напряжения, СУИ - система управления инвертором.

Выпрямитель В преобразует переменное напряжение питающей сети Uc в выпрямленное постоянное, которое затем сглаживается фильтром Ф и подается в виде напряжения питания на автономный инвертор АИ. Выходная частота АИ регулируется с помощью СУИ, а амплитуда выходного переменного напряжения АИ регулируется в блоке В с помощью СРН. Напряжения управления U_у1 и U_у2 задают необходимое соотношение выходного напряжения U_вых и частоты f_вых.

Схема трехфазного транзисторного инвертора изображена на рис.2.

На схеме рис.2 обозначено: VТ1...VТ6 - силовые транзисторы; Z_А, Z_В, Z_С – трехфазная нагрузка (резисторы или асинхронный двигатель).

Порядок работы транзисторов в схеме следующий: VТ1-VТ2, VТ2-VТ3, VТ3-VТ4, VТ4-VТ5, VТ5-VТ6, VТ6-VТ1 и т.д. Импульсы управления поступают на пары транзисторов со сдвигом 60⁰.

Функциональная схема системы управления инвертором показана на рис.3.где обозначено: ЗГ - задающий генератор, РИ - распределитель импульсов управления, УФ1...УФ6 - усилители-формирователи импульсов управления, ГР1...ГР6 - устройства гальванической развязки.

Рис.2.

2.Описание лабораторного стенда

В состав лабораторной установки входят: транзисторный преобразователь частоты ПЧ, исследуемый асинхронный двигатель типа ДИД-5; нагрузочные резисторы 10, 14 и 18 Ом; цифровой тахометр, измеряющий обороты в секунду. Система управления установкой обеспечивает: пуск, регулирование частоты вращения и остановку двигателя, защиту преобразователя и сигнализацию о включении установки.

На лицевой панели ПЧ расположены следующие аппараты управления: тумблер включения преобразователя, задатчик частоты, тумблер "Частота/Скорость", тумблер "Двигатель/Резисторы", переключатель нагрузочных резисторов. Приборы установки предназначены для измерения: PA1- тока нагрузки, PV1 - напряжения нагрузки.

Технические данные оборудования стенда представлены в табл.1.

Таблица 1

3. Программа работы

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Определите регулировочные характеристики системы n=k(f_вых) и

I_н= k(f_вых) при работе на двигательную нагрузку при U_вых=10 В в режиме постоянства мощности двигателя (Рдв=const). Данные занесите в табл.2. Постройте характеристики, используя рис.5 - 7.

3. Определите регулировочные характеристики системы n=k(f_вых) и

I_н= k(f_вых) при работе на двигательную нагрузку в режиме постоянства момента двигателя (Мдв=const) с начальными значениями f_вых=400 Гц, U_вых=36 В. Уменьшайте частоту в соответствии с заданием табл.3, стабилизируя ток двигателя снижением напряжения на двигателе. Данные занесите в табл.3. Постройте характеристики, используя рис.5 - 7.

Таблица 2

Таблица 3

Лабораторная работа 7

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С МПСУ

Цель работы: получить практические навыки настройки преобразователя частоты (ПЧ) «Danfoss VLT 3002».

Общие положения

Основные функции ПЧ Danfoss VLT 3002:

· плавный пуск и торможение асинхронного двигателя (АД) в составе электропривода (ЭП) различных механизмов;

· управление угловой скоростью АД;

· защита ПЧ и АД в различных режимах работы.

На рис.1 представлена стандартная схема организации ЭП переменного тока с АД и ПЧ Danfoss VLT 3002. Напряжение питающей сети поступает на ПЧ и далее – подаётся на статорные обмотки АД. Микропроцессорная система управления формирует на выходе ПЧ трёхфазное напряжение требуемой частоты и амплитуды в зависимости от используемого принципа управления АД.

Рис.1

Функциональная схема такого ПЧ показана на рис.2, где обозначены следующие блоки:

В – неуправляемый диодный выпрямитель,

Ф – сглаживающий фильтр,

АИН – транзисторный автономный инвертор напряжения,

М1 – нагрузка (двигатель),

СУИ – система управления инвертором.

Обычно в качестве силовой схемы инвертора используется трехфазная мостовая схема на IGBT-транзисторах, показанная на рис.3.

Выходное переменное напряжение АИН регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), показанной на рис.4.

Система управления ПЧ обеспечивает выполнение следующих функций:

– управление силовыми ключами инвертора в режиме широтно-импульсной модуляции с несущей частотой от 2 до 14 кГц;

– сопряжение с внутренними и внешними датчиками аналоговых сигналов в различных стандартах (0…10 В, ±10 В, 4…20 мА);

– сопряжение с цепями управляющей коммутационной аппаратуры и телесигнализации через порты ввода/вывода дискретных сигналов

– +24 В с гальванической развязкой от силовых цепей питания ПЧ;

– оперативное наблюдение за параметрами и переменными ЭП с помощью встроенного пульта управления с отображением текстовой информации на графическом дисплее;

– возможность управления работой ПЧ со встроенного пульта, от кнопочной станции или от внешнего контроллера по последовательному интерфейсу RS-485;

– доступ к просмотру и изменению текущих параметров ПЧ с пульта управления;

– сохранение текущей конфигурации параметров ПЧ в энергонезависимой памяти, возможность быстрого восстановления заводских уставок;

– мониторинг питающей сети со стороны ПЧ, возможность принудительного запуска ЭП после восстановления питающего напряжения;

– мониторинг аварийных ситуаций, возникающих в ЭП с записью в энергонезависимую память кода и времени возникновения аварии.

Функциональная схема ПЧ показана на рис.5. Через микросхемы драйверов выводы микропроцессорной системы поступают к управляющим выводам силовых ключей. Драйверы выполняют функции согласовании между силовыми и выходными цепями микропроцессорной системы управления. Кроме того, данные компоненты реализуют защитные функции, прекращая поступление управляющих импульсов к силовым ключам инвертора при возникновении токовых перегрузок.

Силовой канал ПЧ создан по схеме с промежуточным звеном постоянного тока и трёхфазным инвертором напряжения. Переменное напряжение трехфазной сети 380 В поступает на входные клеммы L1-L3,а затем через входной фильтр –на трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель. Выпрямленное напряжение сглаживается двумя дросселями, выполненными с общим сердечником, и двумя электролитическими конденсаторами большой ёмкости, а затем поступает к трехфазному мостовому инвертору на шести силовых ключах. Напряжение на выходе инвертора формируется по закону широтно-импульсной модуляции и через дроссели выходного фильтра поступает к выходным клеммам U, V, W ,куда подключается АД .

В качестве силовых ключей используются IGBT-транзисторы с высокой нагрузочной способностью. Для исключения обратных напряжений, возникающих из-за токов ЭДС самоиндукции в моменты коммутации ключей инвертора, параллельно IGBT-транзисторам включаются быстродействующие диоды.

Рис.5. Функциональная схема ПЧ Danfoss Danfoss VLT 3002

Конструктивно все элементы ПЧ размещены на нескольких платах, установленных в металлопластиковом корпусе. В качестве основы конструкции ПЧ используется металлический радиатор системы охлаждения.

На верхней крышке расположен пульт управления с кнопками и графическим индикатором. Непосредственно под крышкой находится плата управления с компонентами микропроцессорной системы, разъёмы для связи с устройствами и клеммами для подключения цепей управления и сигнализации.

Кроме силового модуля с IGBT-транзисторами, на охлаждающем радиаторе расположены мостовой выпрямитель и температурный датчик для контроля теплового режима преобразователя частоты.

Установка и подключение преобразователя частоты

Устанавливайте преобразователь частоты вертикально и обеспечивайте достаточные расстояния до окружающих устройств с целью обеспечения эффективного охлаждения. При подключении силовых цепей преобразователя частоты к питающей цепи и электродвигателю следует строго соблюдать технику безопасности при проведении электромонтажных работ. Убедитесь, что номинальная мощность асинхронного двигателя не превышает выходную мощность используемой модели преобразователь частоты. Если общая длина кабеля между преобразователем частоты и асинхронным двигателем превышает 150 м, следует принять дополнительные меры к устранению возникающих перенапряжений. В данном случае целесообразным решением будет использование неэкранированного кабеля (увеличение расстояния до 300 м) или установка дополнительного модуля LC-фильтров.

Поиск по сайту: