Проект лабораторного стенда по изучению частотного электропривода на базе автономного инвертора напряжения фирмы OMRON
МинистерствообразованияРоссийскойФедерации
Череповецкийметаллургическийколледж
ПРОЕКТЛАБОРАТОРНОГОСТЕНДА ПО ИЗУЧЕНИЮЧАСТОТНОГОЭЛЕКТРОПРИВОДАНА БАЗЕ АВТОНОМНОГОИНВЕРТОРАНАПРЯЖЕНИЯФИРМЫ “OMRON”ЧМК
Пояснительнаязаписка
ДП.1806.00.00ПЗ
Руководительпроекта Консультантпо
( ) В.О.Тихомиров экономическойчасти
13.06.00 ( ) Е.В.Шумова
13.06.00
Проектразработал Группа:4 - ТЭ
( ) А.Ф.Дробанов
13.06.00
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………..6
1 Общаячасть ……………………………………………..7
1.1 Краткаяисторияколледжа……………………………….7
1.2 Современныенаправленияработы……………………...8
1.3 Назначениеи применениечастотных
преобразователей“Omron”……………………………...10
Принципработы инвертора……………………………..10
Достоинстваи недостаткиАИН………………………...20
Обоснованиевыбора основныхсоставляющихкомплексногостенда…………………………………….21
Основныеузлы установки………………………………22
Комплексноевзаимодействиестендов №6 и№7……...23
2Специальнаячасть………………………………………24
2.1 Функциональныевозможностистендов………………..24
2.2 Описаниялабораторныхработ………………………….25
2.3 Выборкабеля и аппаратурызащиты……………………26
3 Организационнаячасть…………………………………28
3.1 Монтажэлектрооборудования…………………………..28
3.2 Требованияк проведению
лабораторно-практическихработ………………………30
4 Экономическаячасть………………………………….33
4.1 Расчёткапитальныхзатрат………………………….33
4.2 Расчётэксплуатационныхзатрат…………………...34
5 Техникабезопасности…………………………………40
5.1 Общиетребования……………………………………....40
5.2 Порядоквыполненияработы…………………………..40
5.3 Противопожарныемероприятия…………………….…41
5.4 Доврачебнаяпомощь……………………………………41
5.5 Расчётзащитногозаземления…………………………..42
6 Заключение……………………………………………..43
Литература………………………………………………44
ПриложениеА - Методическиеуказания илабораторная
работа“Ознакомлениес
функциональнымивозможностями
пультаоператора АИН“Omron3G3EV”…..45
ПриложениеБ - Методическиеуказания илабораторная
работа“Исследованиевнешнего
управленияинвертором“Omron3G3EV””……………………………………..54
Введение
Энергетическуюоснову производствасоставляетэлектрическийпривод,техническийуровень которогоопределяетэффективностьфункционированиятехнологическогооборудования.Развитиеэлектрическогопривода идетпо пути повышенияэкономичностии надежностиза счет дельнейшегосовершенствованиядвигателей,аппаратов,преобразователей,аналоговыхи цифровыхсредств управления.Прогрессивнымявлением в этомпроцессе являетсяприменениемикропроцессораи микроЭВМ,позволяющихсущественнорасширитьфункциональныевозможностиавтоматизированногоэлектроприводаи улучшить еготехническиеи экономическиехарактеристики.
Успехив развитииполупроводниковойтехники позволилишироко использоватьв металлургиирегулируемыеисточникипитания на базетиристоровс бесконтактнымисистемамиавтоматическогоуправления.Мощность отдельныхтиристорныхпреобразователейдостигаетдесятков тысячкиловатт. Большаягибкость управленияи широкие возможностив отношенииполноты автоматизацииобеспечиваютсяблагодаряширокому применениюинтегральныханалоговыхи дискретныхустройств,вычислительнойтехники, унифицированныхблочных системрегуляторов.
Электротехническиеустановки,машины, агрегаты,в частностидуговые, индукционные,плазменные,электронно-лучевыепечи, автоматизированныйэлектропривод,непосредственноучаствуют втехнологическихпроцессах. Оттехническогоуровня, режимаработы, условийэксплуатацииэлектрооборудованиязависит производительность,качество исебестоимостьпродукции, т.е.все основныепоказатели,характеризующиеэффективностьработы, какотдельныхцехов, так ивсего предприятияв целом. В этихусловиях успехпроизводственнойдеятельностиинженера-металлургасущественнозависит от егоготовностик выполнениюцелого рядафункций, касающихсяграмотнойэксплуатацииэлектрооборудованияцехов.
Расширениеи усложнениевыполняемыхэлектроприводомфункций, применениев нем новыхсредств управлениятребуют высокогоуровня подготовкиспециалистов,занятых егопроектированием,монтажом, наладкойи эксплуатацией.Они должныхорошо знатьназначениеи элементнуюбазу отдельныхузлов электропривода,их свойстваи характеристики,уметь разбиратьсяв схемах управленияэлектропривода,определятьего экономическиепоказателии выбирать егоэлементы.
1 Общаячасть
Краткаяистория колледжа
Череповецкийметаллургическийколледж былоснован в 1953 годусначала каквечерний строительныйтехникум соспециальностью«Промышленноеи гражданскоестроительство»по просьберуководства«Череповецметаллургстрой»в связи с развернувшимсябольшим объёмомработ на строительствеЧереповецкогометаллургическогозавода и спотребностьюв кадрах специалистов.В 1955 году притехникумеоткрыли дневноеотделение поэтой же специальности.
Втом же годуметаллургическийзавод сталдействующимпредприятием,был полученпервый чугун.А за тем ежегодновводились встрой новыемощности. Рослисоответственнои кадры завода.Необходимоотметить, чторуководствозавода уделялобольшое вниманиевопросу подготовкикадров. В 1959 годутехникум былреорганизованв Череповецкийиндустриальныйтехникум соспециальностями:дневное отделение– «Промышленноеи гражданскоестроительство»;вечернее отделение– «Электрооборудованиепромышленныхпредприятийи установок»,«Производствостали», «Прокатноепроизводство»,«Оборудованиезаводов чёрнойметаллургии»,«Промышленноеи гражданскоестроительство».
В 1961году в результатеобъединенияиндустриальноготехникума сконсультационнымпунктом приметаллургическомзаводе от московскогозаочного техникуматяжёлогомашиностроенияпоявился Череповецкийметаллургическийтехникум свечерним изаочным обучением.Вечернее отделение:«Электрооборудованиепромышленныхпредприятийи установок»,«Производствостали», «Прокатноепроизводство»,«Оборудованиезаводов чёрнойметаллургии»,«Промышленноеи гражданскоестроительство».Заочное отделение:«Электрооборудованиепромышленныхпредприятийи установок»,«Доменноепроизводство»,«Производствостали», «Прокатноепроизводство»,«Технологиякоксохимическогопроизводства»,«Планированиена предприятияхметаллургическойпромышленности».
В 1986 году притехникуме былооткрыто дневноеотделение.Первый наборбыл 132 человека.Это были четырегруппы по трёмспециальностям:две группыпрокатчиков,одна – электрикови одна – механиков.Одновременнообучалисьработникиметаллургическогои сталепрокатногозаводов навечернем отделении.
1.2 Современныенаправленияработы
Череповецкийметаллургическийтехникум с 1990года стал именоватьсяколледжем. Внастоящее времябыл приём набазе 9-ти классовдневного отделенияпо следующимспециальностям:
0601 –«Экономика,бухгалтерскийучёт и контроль»;
1105 –«Обработкаметаллов давлением»;
1701 –«Техническоеобслуживаниеи ремонт промышленногооборудования»;
1806 –«Техническаяэксплуатация,обслуживаниеи ремонт электрическогои
электромеханическогооборудования»;
2101 –«Автоматизациятехнологическихпроцессов ипроизводств»;
2201 –«Вычислительныемашины, комплексныесистемы и сети»;
2203 –«Программноеобеспечениевычислительнойтехники и
автоматизированныхсистем»;
2504 –«Коксохимическоепроизводство».
Набазе 11-ти классовдневного отделенияучатся студентыпо специальностям0601, 2201, 2203.
На вечернемотделении набазе 11-ти классовучатся студентыпо следующимспециальностям0601, 1105, 1701, 1806, 2101, 2202, 2203.
Колледжуделяет большоевнимание профильномуобучению. Подоговору сУправлениемобразованияМэрии г. Череповцав средних школах13, 20, 19, 30, 32 созданыспециализированныеклассы. В лабораторияхи компьютерныхклассах колледжаученики 7-х и8-х классов обучаютсяосновам информатикии вычислительнойтехники, черчению(компьютернаяграфика), трудовомуобучению(микроэлектроникау мальчикови изучениеязыков программированияу девочек). Даннаяподготовкашкольниковпозволяетколледжу успешновнедрять вучебный процессновые поколенияучебных классови программ,отражающихсовременноесостояние наукии техники.
При колледжеорганизуютсяподготовительныесеми-, пяти- итрёхмесячныекурсы для учащихся9-ых и 11-ых классовдля поступления.Также колледжзаключаетдоговоры сошколами городао том, что результатышкольных выпускныхэкзаменов дляжелающих поступитьв колледжзасчитываютсякак вступительные.
Колледжработает и свысшими профессиональнымиучебными заведениями.При колледжеработаетучебно-консультационныйпункт Вологодскогополитехническогоинститута. Назаочное отделениепринимаютсявыпускникитехникумови колледжейдля получениявысшего образования.Установочныесессии и экзаменыорганизуютсяпри колледже.Обучение происходитпо следующимспециальностям:2101 «Автоматизацияи управлениетехнологическихпроцессов ипроизводств»,1201 «Технологиямашиностроения»,0608 «Экономикаи управлениев металлургии».
В настоящеевремя заключёндоговор сЧереповецкимгосударственнымуниверситетомо продолженииобучения выпускниковколледжа в вузепо специальностям1806 и 2101.
По договорус Финляндиейкаждый годколледж отправляетнесколькихстудентовучиться в среднихпрофессиональныхучебных заведенияхгорода Раахес возможностьюпродолжитьобучение ввузах финскогогорода металлургов,найти там применениеполученныхзнаний и умений.
Колледж оченьтесно сотрудничаетс базовымпредприятиемОАО «Северсталь».Существуетцелевая подготовкаспециалистовна основетрёхстороннихдоговоров«студент –колледж –предприятие»(очно-заочнаяформа обучения).Дисциплиныпо выбору, дисциплиныиз резервавремени, факультативныедисциплинырекомендуютсядля изучениябазовым предприятием,тем самым, отвечаятребованиямзаказчика,раскрываяспецификуучебного заведенияи реализуярегиональныйкомпонентобразования.Профилирующиеи специальныедисциплины,включённыев рабочие планыспециальностей,предлагаютсятакже ОАО«Северсталь»и ориентируютсяна практическоеобучение студентов.Практика –технологическая,преддипломнаяи на завершающемэтапе переддипломнымпроектированием– проходит вцехах предприятия.Базовое предприятиепостоянноснабжает колледжпрограммнымиразработкамии необходимымиприкладнымипрограммами,вычислительнойтехникой идругими техническимисредствамиобучения. Чтокасается дипломногопроектирования,то ОАО «Северсталь»помогает ввыборе тем,рецензировании.Необходимоотметить, чтов последнеевремя повысилоськачество дипломныхпроектов иработ в отношениииспользованиявычислительнойтехники приразработке;достаточнобольшой ихпроцент рекомендуетсяи внедряетсяв производство.
В городеработает отделплатных услугколледжа, гдедля учащихся1-11 классов организованныкурсы пользователейперсональныхкомпьютеров,информатикии вычислительнойтехники, изучаютсяразличныеприкладныепрограммы иязыки программирования.
С каждым годомв колледжеобучается всёбольше и большестудентов.Первый наборнасчитывалвсего 98 человек(3 группы). В 1954 годудобавилисьещё три группы,и число учащихсяувеличилосьдо 190. А в 1956 году в стенах колледжаобучалось уже400 человек. Завремя своегосуществованияколледж подготовилболее 8 тысячспециалистов.
Таким образом,колледж ориентируетсяна постояннорастущие потребностигорода и ОАО«Северсталь»в кадрах, темсамым, развиваясьи становяськрупным учебнымзаведениемгорода. Насегодняшнийдень Череповецкийметаллургическийколледж являетсяединственнымсредним специальнымучебным заведениемв Вологодскойобласти поподготовкеспециалистовсо среднимпрофессиональнымобразованиемдля металлургическойпромышленности.
Специалисты,выпускаемыеколледжем повсем специальностям,отвечаютквалификационнымхарактеристиками требованиямбазового иповышенногоуровня подготовки.Выпускникипоказываютхорошие знания,связанные сприменениемкомпьютернойтехники, использованиемеё в производственныхцелях. Высокийпроцент трудоустройстваговорит о хорошемкачестве подготовкии конкурентоспособностивыпускниковколледжа нарынке труда,а также обудовлетворенииколледжемзапроса городаи области оспециалистах.
1.3 Назначениеи применениечастотныхпреобразователей“Omron”
Частотныепреобразователи“Omron”предназначеныдля регулированиячастоты вращениявала АД в широкихпределах. Фирма“Omron”предлагаетширокую линейкумоделей, способныхэффективноработать сдвигателямиот 100 Вт до 300 кВт.
Частотныепреобразователи“Omron”,получившиеширокое распространение,являются инвертораминапряжения,хотя фирмавыпускает ещётакже и инверторытока. Это объясняетсятем, что инверторынапряжениямогут работатьв многодвигательномприводе, и, самоеглавное, имеютболее широкийдиапазон изменениявыходной частоты.Последнееобстоятельствооткрываетдорогу даннымустройствамне только впроизводственную,но и в коммунальнуюсферу, где, например,нагрузка наводопроводкрайне неравномерная.Частотныепреобразователипомогают эффективнорешить проблемунеобоснованногоперерасхода– когда давлениев трубах нормализуется,инверторавтоматическиснижает моментна валу насоса,экономя приэтом до 30 % энергии.
1.4Принцип работыинвертора
1.4.1 Принципширотно-импульсного(ШИМ) управленияи формированиявыходногонапряженияв электроприводахасинхронныхдвигателей
U,f– входные напряжениеи частота; OUTA– аналоговыйвыход; OUTD– цифровойвыход; INA- аналоговыйвход; IND– цифровойвход; УПР– внешнее управление;ПДУ– пульт дистанционногоуправления;ДУ –дистанционноеуправление;АД –асинхронныйдвигатель; ПЧ– преобразовательчастоты; СУ– система управления;ПУ –пуль управления;БВ –блок включенияуправлениятиристоров;В (УВ)– выпрямитель(управляемыйвыпрямитель);
ФИ –усилитель –формирователь;БТ –блок тормозной;Ф1,Ф2,Ф3– фильтр; ПКА– блок выходныхпрограмм; ВБ– блок вентиляторов;ИП –многоканальныйисточник питания;Д – блокдатчиков; ДН,ДТ – блокзащит; МК– программныймикроконтроллер;ДЧВ –датчик частотывращения; РА– блок линейнойавтоматики;ИРПС– каналы интерфейснойсвязи.
Рисунок1 – Функциональнаясхема инверторас векторнымуправлением.
В –выпрямитель;Ld– дроссельфильтра Ф (см.рисунок 3); Id– активнаясоставляющаятока фильтра;Cd– ёмкость фильтра;Ud– напряжениефильтра; ω*- заданиена входе инвертора;F*, U*-частота и значениевыходногонапряжениясоответственно,согласно V/f– характеристике;САР– системаавтоматическогорегулирования;СУИ ШИМ –системауправленияширотно-импульсноймодуляцией;АИН ШИМ– автономныйинвертор напряженияс широтно-импульсноймодуляцией.
Рисунок2 – Упрощённаяфункциональнаясхема АИН.
Cd– ёмкость входногофильтра;V1-V6– IGBT– транзисторы;Д1-Д6– диоды; АД– асинхронныйдвигатель.
Рисунок3 – Электрическаясхема инверторана IGBT– транзисторах.
Рисунок4 – Формы кривыхнапряженияи тока на выходеАИН.
Рисунок5 – Базовыекоммутационныевекторы инвертора.
Ud– напряжениев цепи постоянноготока АИН; A,B,C– сопротивленияфаз АД.
Рисунок6 – Цепи протеканиятока в течениепериода повторяемостипри ШИМ.
Uпр– промежуточныйвектор; U1– проекцияпромежуточноговектора наосновной; i– уголпромежуточноговектора.
Рисунок7 – Промежуточныйвектор в системебазовых.
АИН обладаетхарактеристикамиисточниканапряжения,его выходнымрегулируемымпараметромявляется напряжениена зажимах АД.СовременныеАИН выполняютсяна основе полностьюуправляемыхсиловых полупроводниковыхприборов - запираемыхGTO-тиристоров,либо биполярныхIGBT-транзисторовс изолированнымзатвором. Рассмотрим3-х фазную мостовуюсхему (смотририсунок 3).Классификационныепризнаки схемы– наличие ёмкостноговходного фильтраCdи включенныхвстречно-параллельноуправляемымключам V1– V6диодов обратноготока Д1– Д6.За счёт поочередногопереключениявентилей V1– V6,постоянноевходное напряжениеUdпреобразуетсяв переменноепрямоугольно-импульсное выходное напряжение.
РегулированиевыходногонапряженияАИН можноосуществлятьдвумя способами:амплитудным(АР) за счётизменениявеличин входногонапряженияUdи широтно-импульсным(ШИМ) за счётизмененияпрограммыпереключениявентилей V1– V6при Ud- const.
Через управляемыеключи V1– V6протекаетактивная составляющаятока АД, черездиоды Д1– Д6– реактивнаясоставляющаятока АД. Конденсаторфильтра являетсяисточникомреактивноймощности,потребляемойАД, через негозамыкаетсяпеременнаясоставляющаявходного токаинвертора.
Специальныйалгоритм ШИМуправленияАИН осуществляеткроме регулированиятакже улучшениегармоническогосостава выходногонапряжения,что обеспечиваетвысокую степеньсинусоидальноститока АД.
ЭП на основеПЧ на основеАИН ШИМ содержитнеуправляемыйдиодный силовойвыпрямительВ и АИНШИМ (смотририсунок 2). Регулированиегармоник f1и величинывыходногонапряженияU1осуществляетсяв АИН за счётиспользованияалгоритмоввысокочастотногоШИМ-управления.Частота ШИМобычно составляетот 2 до 12 кГц, т.е.на порядокпревосходитвыходную частотуАИН.
Форма кривойвыходногонапряженияпри этом представляетсобой высокочастотнуюдвухполярнуюпоследовательностьпрямоугольныхимпульсов(смотри рисунок4). Частота импульсовопределяетсячастотой ШИМ,длительность(ширина) импульсовв течение периодавыходной частотыАИН промодулированапо синусоидальномузакону. Формакривой выходноготока – тока АДпрактическисинусоидальна.
К силовымключам АИН ШИМпредъявляютсятребованиявысокогобыстродействияи малых динамическихпотерь.
В тормозномрежиме ЭП АИНиз режимаинвертированияпереводитсяв режим выпрямления(работает мостдиодов обратноготока, черезуправляемыеключи подводитсяэнергия возбужденияАД). Полярностьнапряженияна входе АИНсохраняется,а ток меняетсвоё направление.Поэтому дляреализациитормозногорежима приведеннаясхема ЭП должнабыть дополненасиловыми элементами– либо обратнымуправляемымвыпрямителем(работает врежиме зависимогосетевого инвертора)для регенерацииэнергии в сеть,либо управляемымключом (блокБТ нарисунке 1) итормознымрезистором в цепи постоянногонапряжениядля осуществленияэлектродинамическоготорможения.
В режиме Ud= constрегулированиезначения иизменение формывыходногонапряжениявозможно толькопутем трансформированиявида коммутационнойфункции методамиширотно-импульсногорегулирования(ШИР) и широтно-импульсноймодуляции(ШИМ), требующихиспользованияболее сложныхалгоритмовпереключенияс многократнымпереключениемвентилей.Многократностьпредполагаетмногократныйпереход изпроводящегосостояния взакрытое иобратно вентилей,участвующихв протеканиитока из цепипостоянногонапряженияАИН в фазы АДв течение периодаповторяемости(смотри рисунок6). Для этих целейШИР, в качестведополнительного,используетсяпереключение,переводящееАИН в одно изнулевых состояний(1,3,5 или 2,4,6).
Этоприводит кпоявлениюнулевых паузна соответствующихинтервалахкоммутационнойфункции иобеспечиваетрегулированиедействующегозначения выходногонапряжения в диапазонеот “0” до “max”.
Дляболее сложныхалгоритмовуправления,основанныхна примененииширотно-импульсноймодуляции ШИМ,применяемыхс целью улучшениякачества формывыходногонапряжения(его гармоническогосостава) используетсяметод коммутационноговектора. Цельюметода являетсяформированиеуправляющейпоследовательности,обеспечивающейболее плавноеизменениевыходных напряженийпри смене периодовповторяемостипо сравнениюсо ступенчатойформой напряжения,образуемогов результатеработы алгоритмапоочередногоуправлениявентилями. Т.к.в рассматриваемыхсхемах возможнытолько 6 рабочих(формирующихвыходное напряжение)и 2 нулевых состоянийвентилей, требуемаяформа выходногонапряженияможет бытьполучена тольков результатекомбинационногодействия различныхсостояний втечение периодаповторяемости.
Рассмотримвекторнуюдиаграмму, накоторой шестьрабочих состоянийпредставляютсяв виде векторов,смещенныхотносительнодруг друга наπ/3 рад (600).Нулевые состоянияпредставляютсяв виде векторовнулевой длительности,расположенныев начале координат.Эти 8 векторовназываютсябазовыми векторами(смотри рисунок5). Область, заключеннаямежду двумясоседнимиосями, определяетсоответствующийпериод повторяемости.
Методкоммутационноговектора предполагаетналичие, помимобазовых, некоторогоколичествапромежуточныхвекторов Uпр,располагающихсявнутри сегментов.Положениекаждого промежуточноговектора определяетсяего смещением относительнобазового векторадля данногосегмента наугол i(смотририсунок 7). Промежуточныйвектор можетбыть разложенна составляющиепутем проецированияна базовыевекторы. Каждыйпериод повторяемостиразбиваетсяна определенноечисло интервалов(векторов) сдлительностьюTшим.
Врезультатедействия данногоалгоритма формавыходногонапряжениясглаживается.
1.4.2ВекторноеуправлениеасинхроннымЭД
Для получениявысокого качествауправленияЭП в статическихи динамических(переходных)режимах необходимоиметь возможностьбыстрогонепосредственногоуправлениямоментом ЭД.
Момент любогоЭД в каждыйотрезок времениопределяетсявеличиной(амплитудой)и фазой двухмоментообразующихсоставляющих:тока и магнитногопотока. В АДтоки и потокосцеплениястатора и роторавращаются содинаковымискоростями,имеют разные,изменяющиесяво временифазовые параметрыи не подлежатнепосредственномуизмерению иуправлению.Доступнойуправляемойпеременнойв АД являетсяток статора,имеющий составляющие,образующиемагнитный потоки момент. Фазоваяориентацияэтих двухсоставляющихможет бытьосуществленатолько внешнимуправляющимустройством,чем и обусловлентермин “векторноеуправление”.
В структуреэлектроприводаЭД рассматриваетсякак электромеханическийпреобразовательЭМП в видеидеализированногодвигателя. Егоротор не обладаетмассой и механическойэнергией, неимеет механическихпотерь энергиии жестко связанс реальнымфизическимротором, относящимсяк механическойчасти ЭП. ТакойЭД может бытьпредставленэлектромеханическиммногополюсником,содержащимnпар электрическихвыводов почислу nобмоток, и однупару механическихвыводов (смотририсунок 9). Намеханическихвыводах в результатеэлектромеханическогопреобразования(ЭМТ) энергиипри скоростиразвиваетсяэлектромагнитныймомент M.Момент Mявляется выходнойвеличиной ЭМПи входной длямеханическойчасти электропривода.Скорость определяетсяусловиямидвижения механическойчасти, но дляЭМП можетрассматриватьсякак независимаяпеременная.МеханическиепеременныеMи связывают ЭМПс механическойчастью в единуювзаимосвязаннуюсистему. Всепроцессы в ЭДописываютсясистемой уравненийэлектрическогоравновесия(число уравненийравно числуобмоток) и уравнениемэлектромеханическогопреобразованияэнергии. Дляэтого в теорииЭП используютдвухфазнуюмодель обобщенногоЭП (смотри рисунок8), к которойприводятсяабсолютно всевиды и типыэлектрическихмашин:
α,β – неподвижныеоси статора;d,q– вращающиесяоси ротора; φ– угол поворотаротора;
-угловая скоростьротора;Рисунок8 – Модель обобщенногоЭМП.
Уравнениеэлектрическогоравновесияi-обмотки:
где
- потокосцеплениеi-ойобмотки;i=1a,…2q;j=1a,…2q,Ri– активноесопротивлениеобмотки, Li,j– собственныеи взаимныеиндуктивностиобмоток. Величинавзаимныхиндуктивностейзависит от угла поворотаротора и отпространственногосдвига обмоток,т.е. являетсяфункцией скорости(и времени). Именнопоэтому невозможнополучить cosφ = 1.
Синтез алгоритмови систем векторногоуправленияАД базируетсяна анализедвухфазнойd– qмодели АД (dи q– ортогональнаясистема координатротора).
Рисунок9 – Схема векторногоуправления
Схемавекторногоуправлениясостоит из трехосновныхфункциональныхчастей:
БРП– блок регуляторовпеременных;
БВП– блок вычисленияпеременных;
БЗП– блок заданияпеременных;
На вход БРПпоступаютзадающие сигналыскорости ипотока, и сигналыобратной связи(с выхода БВП)– ориентированныепо полю значениясоставляющихтока статора,потокосцепленияротора, и скорости.БРПсодержит наборрегуляторовпотока, момента,тока, на выходекоторых формируютсятакже ориентированныепо полю сигналызадания составляющихтока статора.
БЗПосуществляетфазовые икоординатныепреобразованиязадающих d– qпеременныхв систему трехфазныхсигналов управленияШИМАИН.Блок БВПвычисляеттекущие значенияамплитудныхи фазовых параметровd– qпеременныхАД, осуществляяфазовые икоординатныепреобразованияреальных трёхфазныхсигналов токови напряженийАД, поступающихс выходовсоответствующихдатчиков.
Координатныепреобразования,осуществляемыеблоком БВП,заключаютсяв переходе отреальных координаттрёхфазнойсистемы статораАД с осями d,q(преобразование3 → 2). Блок БЗПосуществляетобратные координатныепреобразования(2 → 3), от d-qк a,b,c.
Фазовыепреобразованияв этих блокахобеспечиваютпривязку фазовыхпараметровпеременныхв двух системахкоординат.
Нанадежность,стоимость икачествохарактеристикЭП влияют числоизмеряемыхпараметрови точностьизмерений. ДлявекторногоуправленияАД надо измерятьхотя бы две изчетырех, доступныхк измерениюпеременных:
Токистатора АД;
Напряженияна зажимах АД;
Угловаяскорость ротораАД;
Угловоеположениеротора АД;
Векторноеуправлениепозволяетпрактическив любой моментвремени, прилюбом положенииротора относительностатора, прилюбой угловойскорости инагрузке намашину, получитьмаксимальныйcosφ АД. Это, в своюочередь, ощутимоповышает К.П.Ди момент эл.машины, который,в данном случае,практическине зависит отугловой скоростидвигателя.
1.5Достоинстваи недостаткиАИН
1.5.1 Достоинстваструктуры ЭПна основе АИН:
а) Практическинеограниченныйдиапазонрегулированиячастоты и скорости;
б) Некритичностьк мощности (впределах допустимой)и количествуподключенныхАД
в) Возможностьработать врежиме холостогохода при отключенииАД.
г) Высокое,близкое к “1”значение коэффициентамощности сети (cosφ) во всех режимахработы;
д) Синусоидальностьвыходного тока,плавное, безскачков, вращениеАД на скоростях,близких к нулевым;
ж) ВысокиединамическиепоказателиЭП, обусловленныевысоким быстродействиемШИМ управления;
1.5.2 Недостаткиструктуры ЭПна основе АИН:
а) Достаточновысокий уровеньрадиопомех,могущих вызватьсбои ЭВМ иконтроллеров(силовые кабелинеобходимопрокладыватьв заземленныхтрубах).
б) Неэкономичностьпрокладкидлинных питающихкабельных линиймежду АИН идвигателемввиду значительныхтоков ВЧ – утечкина ноль (падаетмомент);
в) Необходимостьустановкиспециальныхфильтров какна входе, таки на выходеинвертора.Применениеобычных фильтровнедопустимо.
г) Недопустимостьприменениялюбой коммутирующейаппаратурына выходе АИН.
д) Неустранимыйток высокочастотнойутечки на ноль.
1.6 Обоснованиевыбора основныхсоставляющихкомплексногостенда
1.6.1Основой стенда№6 являетсячастотныйпреобразователь“Omron3G3EV”.При выбореданного устройствамы руководствовались,прежде всего,самым широкимнабором сервисныхфункций из всехфирм, предлагающихавтономныеинверторынапряжения.Кроме того,серия 3G3EVрассчитанана работу сдвигателямимощностью от100 Вт до 1,5 кВт, поэтомустоимостьвходящих в нееинверторовотносительноневысока.
Нашевнимание привлекинвертор, относящийсяк верхнемупределу линейкимощностейданной серии,так как в колледжена момент выбораинвертора ужеимелась оченьнагляднаянагрузка –центробежнаявоздуходувка.Мощность еёдвигателясоставляла1,5 кВт, что какраз соответствовалономинальнойнагрузке наинвертор. Применениевоздуходувкиинтересно исо стороныбудущегосовершенствованиястенда – дляпостроениязамкнутойсистемы управлениянеобходимолишь добавитьтермопарувместе с нагревательнымэлементом,поместив ихв воздушномпотоке (контроллер“Ремиконт Р- 122” уже установленна стенде №7).
Автономныеинверторынапряженияфирмы “Omron”позволяютосуществлятьдистанционноеуправлениечерез дискретныеи аналоговыевходы, что широкоиспользуетсяна современномпроизводстве.Частотныйэлектроприводнаиболее эффективноработает всистеме “инвертор- контроллер”,что объясняетсяширокимивозможностямиуправления(задание частотывращения двигателякак в аналоговом,так и в цифровомвиде), возможностьюудаленногоконтроля зарежимом работы(ход/останов).
1.6.2Основой стенда№7 являетсяпрограммируемыйрегулирующийконтроллер“Ремиконт Р- 122”, состоящийиз двух полукомплектов,которые дублируютдруг друга. Вцелях сниженияэксплуатационныхрасходов работаеттолько одинкомплект, остальныемодули выключеныиз работы, ноустановленыв корзине наслучай отказапервого полукомплекта.
Привыборе программируемогоконтроллера“Ремиконт”мы руководствовалисьневысокойстоимостьюданного устройства,эксплуатационнойнадежностью,подтвержденнойпроизводственнымиусловиями, иширокой распространенностьюустройствподобногокласса наметаллургическомкомбинате.Последнееобстоятельствопозволяетутверждать,что практическилюбые техническиепроблемы, возникшиес данным устройством,будут быстрои квалифицированнорешены ведущимиспециалистами,вызваннымипо договорус ОАО “Северсталь”.В дальнейшем,при наличиивыделяемыхсредств намодернизациюсуществующейлабораторииэлектропривода,можно будетпроизвестизамену регулирующегоконтроллера“Ремиконт”на более совершеннуюмодель – “Ломиконт”, логическийпрограммируемыйконтроллер.
Покаже, на стадиистановлениялабораториии учебногопроцесса наеё основе,техническихвозможностейсуществующеймодели будетвполне достаточно.
1.7Основные узлыустановки
Комплексныйлабораторныйстенд по изучениючастотногоэлектроприводана базе автономногоинверторанапряженияфирмы “Omron”состоит из двухлабораторныхстендов: №6 и№7. Стенд №6 представленчастотнымпреобразователем“Omron3G3EV”и асинхроннымэлектродвигателем,работающимна центробежнуювоздуходувку.Стенд №7 – этопрограммируемыйрегулирующийконтроллер“Ремиконт Р- 122”, соединенныйсо стендом №6посредствомгибкого многожильногокабеля.
1.8Комплексноевзаимодействиестендов
Стенд №6 и №7были задуманытаким образом,чтобы использоватьих как одинкомплексныйстенд. Стенд№7 реализуетобработкусигналов обратнойсвязи (в проекте),осуществляетуправлениестендом №6 (запуск,останов, регулировкачастоты вращения,выбор егонаправления).Для реализациизамкнутойсистемы регулированияк стенду №7 могутподключатьсяразличныедатчики, нонаиболееперспективной,на мой взгляд,является система“термопара– нагревательныйэлемент”, находящиесяв регулируемомвоздушномпотоке. Этасистема позволитне толькоосуществлятьподдержаниезаданной температуры,но и осуществлять“аварийное”отключениенагревательногоэлемента, приего перегреве.Стенд №7 можеттакже обрабатыватьсигналы и совсех остальныхстендов лабораторииэлектропривода,что позволитосуществлятьдемонстрациювсех возможностейсистем привода,существующихв колледже.Планируетсятакже завязать,по возможности,все лаборатории,где есть программируемыеконтроллеры,в сеть. Такаясистема позволитучащимся насвоём опытеощутить реальноевзаимодействиеПК в составеимитаций различныхтехнологическихпроцессов.
Специальнаячасть
2.1Функциональныевозможностистендов
Лабораторныестенды №6 и №7предназначеныдля проведениялабораторныхработ, связанныхс изучениемсистем современногопривода.
Каждыйиз стендов,исходя из ихтехническихи функциональныхвозможностей,способен какприниматьаналоговыеи дискретныесигналы, таки выдавать их.Комплексноевзаимодействиестендов построенона взаимномобмене аналоговымии дискретнымисигналами, взависимостиот цели проводимойлабораторнойработы. Современноепроизводствобазируетсяна подобномвзаимодействии,что определяетважное значениев лабораториипривода этихстендов.
Лабораторныйстенд №6 построенна базе автономногоинверторанапряженияфирмы “OMRON”.Данное устройствоявляется лучшимв своём классе.АИН позволяетуправлятьасинхроннымэлектродвигателемчастотнымметодом, причемзадание начастоту подаетсякак с аналогового,так и с дискретноговхода. АИН обладаетрядом защит,обеспечивающихвысокую защищенностькак самогоинвертора, таки подключенногок нему двигателя.
К числуэтих защитотносятся:защита отперенапряженияво входнойцепи, защитаот обрыва однойиз выходныхфаз, защита отперегреварадиаторавыходныхтранзисторов,защита от перегрузкипо току, защитаот сбоя в электроннойчасти. Защитнойреакцией инвертораявляется остановкас дисплейнойиндикациейкода ошибки.Коды ошибоки пути их устраненияприведены винструкциипо эксплуатации.
Лабораторныйстенд №7 построенна базе регулирующегоконтроллера“РемиконтР-122”, состоящегоиз двух полукомплектов,которые дублируютдруг друга.Контроллерпозволяетосуществлятьдистанционноеуправлениеразличнымиустройствамичерез дискретныеи аналоговыевходы. Для расширенияфункциональныхвозможностейэтот контроллерможет быть нетолько расширендо логическогопрограммируемого,но и может бытьзавязан в сетьс другимиконтроллерами.В рамках даннойлаборатории,кроме стенда№6 он может управлятьдругими стендами,например, стендамис тиристорнымприводом.
2.2Описания лабораторныхработ
2.2.1 Лабораторнаяработа №1: “Ознакомлениес функциональнымивозможностямипульта оператораАИН “Omron 3G3EV”
Цель работы:изучить пультоператора АИН“Omron 3G3EV”,ознакомитьсяс наименованиямии функциямиклавиш пультаоператора,установитьзаданные параметрыинвертора вразличныхрежимах.
Оборудование:стенд №6
Даннаялабораторнаяработа предназначенадля отработкии закреплениянавыков работыс пультом оператораАИН “Omron” вразличныхрежимах.
В началелабораторнойработы учащиесязакрепляютрасположениефункциональныхклавиш и ихназначение.Далее следуетизменениепараметровнастройкиинвертора врежиме останова.После этогопроисходитзапуск стенда.В ходе работыАИН учащиесяизменяют тепараметры,которые можноизменять вовремя егофункционирования,наблюдая приэтом реакциюустановки.
Методическиеуказания дляпроведенияэтой лабораторнойработы содержатсяв приложенииА.
2.2.2 Лабораторнаяработа №2 “Ознакомлениес функциональнымивозможностямипрограммируемогоконтроллера“РемиконтР-122””
Цель работы:Изучить пультуправленияПК “РемиконтР-122”, научитьсяпроизводитьподготовкуего к работе,изучить егофункциональныевозможности.
Оборудование:стенд №7.
Цельюданной работыявляется закреплениетеоретическихзнаний по запуску,конфигурированиюи программированиюПК.
2.2.3 Лабораторнаяработа №3: “Исследованиевнешнего управленияинвертором“Omron 3G3EV”
Цель работы:изучить порядокперехода отуправленияинверторомсо встроенногопульта к внешнемууправлению.Проанализироватьсхему управления,разобратьсяв схемной реализацииэтого перехода.Реализоватьна практикедистанционноезадание выходнойчастоты инверторапо аналоговомувходу.
Оборудование:стенд №6, стенд№7.
Цельюданной работыявляется закреплениезнаний повозможностямвнешнего управлениячастотнымпреобразователем“Omron 3G3EV”.В начале лабораторнойработы учащиесяизучают схемустенда №6 иразбираютсяв том, что происходитв схемном отношениипри переходеот управлениясо встроенногопульта к режимувнешнего управления.Учащиеся выясняют,какой из параметровинверторанеобходимоизменить, чтобызаставить еговосприниматьвнешние сигналыуправления.
Дляполученияпервого опытапо управлениюАИН “OMRON 3G3EV”учащиеся производятзапуск и регулированиескорости автономногоинверторанапряженияс внешних еговходов, средствамистенда №6.
Далеепроисходитзапуск управляющегостенда №7, с которогопроизводитсяпосылка дискретныхкоманд на запуски остановкуинвертора.Аналоговоезадание выходнойчастоты такжеосуществляетсясо стенда №7.
Методическиеуказания дляпроведенияэтой лабораторнойработы содержатсяв приложенииБ.
2.3Выбор кабеляи аппаратурызащиты
2.3.1 Выборкабеля
Винструкциипо эксплуатацииуказывается,что во входныеи выходные цепинельзя устанавливатьреакторы сдлительнымтоком менее10 А. Исходя изэтого, выбираемкабель ПВГ(3*1,5)во входные ивыходные цепиинвертора,
кабельс медными жиламив поливинилхлориднойизоляции.
2.3.2 Выбораппаратурызащиты
В инструкциипо эксплуатацииуказывается,что инверторследует защищатьавтоматическимвыключателемна 10 А. Выбираемавтомат “FEDERALFMB-C10” стоком срабатывания10 А.
3 Организационнаячасть
3.1Монтаж электрооборудования
3.1.1Монтаж АД
Электрическиемашины, поступающиена монтаж вкомплекте смеханизмом,монтируют навторой стадиипроизводстваэлектромонтажныхработ, когдаполностьюподготовленыплощадки иликонструкциидля их установки.У электродвигателейс подшипникамискольженияподшипникипромывают изаполняютмаслом. Заводскуюсмазку подшипниковкачения приустановкенебольших машинобычно не заменяют.Проверяютсостояниеизоляции обмотокэлектрическихмашин и, есливозникаетнеобходимость,сушат обмотки.Подготовленныетаким образоммашины доставляютна монтажнуюплощадку, гдеих устанавливают,выполняютсопряжениедвигателейс рабочимимеханизмамии генераторовс двигателямии подключаютк сети черезпускорегулирующиеаппараты. Передустановкойэлектродвигателейпо установочнымразмерамизготавливаюти устанавливаюткрепежныеконструкциии детали.
Электродвигателиустанавливаютна металлическихконструкциях,непосредственнона полу или нафундаментеи крепят с помощьюболтов.
3.1.2Монтаж АИН“OMRON3G3EV”
а) Инвертор“ OMRON3G3EV”крепится квертикальнойпанели двумявинтами M4.
б)Параметрыокружающейсреды и местадля установки.
температуравоздуха - 10500С;
влажностьне более 90% (безконденсации);
инверторнадо располагатьв чистом месте,свободном отмасляных брызги пыли. Или жеполностьюзакрывать его,не допускатьпопадания пылии брызг внутрь;
При установкеинвертораобратите особоевнимание нанедопустимостьвоздействияна приборметаллическойпыли, масла,воды и т. д.;
Инверторнельзя устанавливатьна горючихматериалах;
в) Пространстводля монтажа
Для нормальногоохлажденияпри монтаженеобходимовыдерживатьминимальныерасстояния,как показанона рисунке 10.
Рисунок10 – Минимальнодопустимыеэксплуатационныерасстоянияпри монтажеинвертора.
г) Для правильнойработы инверторанадо избегатьустановки егов местах, гдевозможны резкиескачки температуры.Если инверторустановленв закрытомкожухе, необходимоиспользоватьвентиляторили кондиционердля поддержаниятемпературывнутри кожуханиже 50 0С.Температурарадиатора можетбыть на 30 0Свыше температурыокружающеговоздуха.
Следовательно,нельзя, чтобык радиаторуприкасалисьпровода илиматериалы,которые боятсянагрева.
3.1.3 Монтажконтроллера“РемиконтР-122”
а) Контроллердолжен монтироватьсятаким образом,чтобы обеспечивалсядоступ свежеговоздуха квентиляторамохлаждения,установленнымпод модульнойкорзиной.
б) Корпускорзины долженбыть обязательнозаземлен, т.к.иначе центральныйпроцессор можетвыйти из строяиз–за статическогоэлектричества.Температурациркулирующеговоздуха недолжна превышать50 0С.
в) Блокпитания такжедолжен охлаждаться.В случае, еслитемператураего радиаторапревысит 80 0С,он может выйтииз строя.
3.2Требованияк проведениюлабораторно-практическихработ
3.2.1 Техникаи методикапроведениялабораторныхработ
Лабораторныеработы помогаютучащимся лучшеусвоить пройденныйтеоретическийматериал, связатьтеорию с практикой,закрепитьполученныезнания, получитьпрактическиекавыки по постановкеи проведениюэкспериментов,а также по оформлениюсоответствующихотчетов. Правильнаяорганизациялабораторныхзанятий способствуетбыстрому ипродуктивномупроведениюлабораторныхработ.
Сознательноевыполнениеучащимисялабораторнойработы невозможнобез предварительнойподготовки.Поэтому досведения учащихсядолжен бытьдоведен графикпроведениялабораторныхработ, которыйдолжен неукоснительновыполняться.Исходя из возрастныхособенностейучащихся техникумовполезно назанятиях,предшествующихочереднойлабораторнойработе, выдаватьим домашнеезадание поподготовкек предстоящемулабораторномузанятию.
При подготовкек выполнениюлабораторнойработы учащиесяповторяютсоответствующийтеоретическийматериал, атакже подготавливают«скелет» отчета,который долженсодержать:
1)титульный лист,заполняемыйв соответствиис ГОСТ 2.105-68,разд. 4,ЕСКД -заполняютсяполя 1, 2,4, 6 и7.
2)цель работы;
3)оборудование(заполняетсяпо описаниюлабораторнойустановкиили оставляетсясвободное местодля заполненияна рабочемместе в лаборатории);
4)домашние расчетыи соответствующиеим графики,например расчетградуировочнойхарактеристикитермопары иее график;
5)принципиальнаяили функциональнаясхема лабораторногомакета илиустановки;
6)ход выполненияработы (краткоуказываетсяпункт работы.заготавливаютсятаблицы, записываютсярасчетныеформулы, оставляетсяместо для расчетов,заготавливаютсялисты миллиметровойили специальной,например,логарифмическойбумаги);
7)выводы (заполняютсяпосле обработкирезультатовэксперимента);
8)контрольныевопросы и ответына них.
Перед допускомучащегося крабочему местукачество подготовкик предстоящейлабораторнойработе должнопроверятьсяпреподавателемпутем беглогоопроса с помощьюпрограммированныхконтрольныхзаданий. Припроведениилабораторныхзанятий учебнаягруппа обычноразбиваетсяна две подгруппы,каждая из которыхделится набригады. Разбивкана бригадыможет производитьсястаростойподгруппы илипреподавателем.В каждой бригадеследует назначатьстаршего (бригадира),под ответственностькоторого лаборантомвыдается необходимаяаппаратура,принадлежности,инструкциии т. д. Бригадирнесет ответственностьза порядок нарабочем местеи по окончаниилабораторногозанятия сдаетрабочее место,а также всеоборудованиеи документациюлаборанту.
На первомлабораторномзанятии учащиесядолжны бытьознакомленыс правиламиповеденияучащихся влаборатории,правиламитехники безопасностии спецификойработы на рабочихместах лаборатории,а также с требованиями,предъявляемымик оформлениюотчета о проделаннойработе. Инструктажпо техникебезопасностинеобходимооформить личнымиподписямиучащихся вспециальномжурнале.
Примерныеправила поведенияучащихся влаборатории:
1)учащиеся, неподготовленныек работе, недопускаютсяк ее выполнению;
2)обязательнымусловием допускаучащегося кочереднойработе являетсясдача им отчетапо предыдущейработе;
3)учащиеся, непрошедшиеинструктажпо техникебезопасности,к лабораторнымзанятиям недопускаются;
4)опаздыватьна занятия,самовольнозанимать ипокидать рабочееместо, отлучатьсяиз лабораториибез разрешенияпреподавателянельзя;
5)включениепитания к исследуемойсхеме разрешаетсятолько послепроверки схемылаборантомили преподавателем;
6)перед включениемпитания всереостаты всхеме должныбыть полностьювведены, потенциометры— выведены,а многопредельныеизмерительныеприборы включенына максимальныепределы измерения;
7)включив питание,учащиеся должныудостовериться,что стрелкивсех измерительныхприборов отклоняютсяв нужную сторону;
8)все переключенияв исследуемойсхеме и вспомогательныхцепях производятсятолько послеотключенияпитания;
9)при наличиилюбых неисправностейв исследуемойсхеме или виспользуемойаппаратуренеобходимоотключитьпитание и доложитьлаборанту илипреподавателю;
10)учащиеся несутматериальнуюответственностьза происшедшуюпо их вине порчулабораторногооборудования;
11)после выполнениякаждого пунктазадания полученныерезультатынеобходимопоказатьпреподавателюдля проверки;
12)разборка лабораторнойустановкиразрешаетсятолько по указаниюпреподавателяили лаборанта;
13)после выполнениялабораторнойработы учащиесяоформляютотчет и сдаютего для проверки;
14)учащийся,пропустившийплановое лабораторноезанятие илине успевшийзакончитьработу в срок,выполняет этуработу во внеурочноевремя.
Послевыполнениялабораторнойработы учащийсяобязан составитьотчет с анализомполученныхрезультатови ответами наконтрольныевопросы, приводимыев описаниилабораторнойработы. Отчетдолжен содержатьназвание иномер лабораторнойработы, цельработы и еекраткое содержание,схему исследуемогоустройства,перечень используемойаппаратуры,таблицы срезультатамиизмерений ивычислений,формулы, покоторым производилисьвычисления,и значенияотдельныхрасчетныхконстант, графики,выводы и ответына контрольныевопросы. Желательнодля оформленияотчетов полабораторнымработам иметьспециальныебланки, облегчающиеучащимся работуи оказывающиена них дисциплинирующеедействие. Правильноеоформлениеотчетов полабораторнымработам воспитываету учащихсяаккуратность,четкость мышления,последовательностьизложенияматериала.Записи в отчетахдолжны выполнятьсячетко и аккуратночернилами илипастой безпомарок. Оформлениетекста, таблиц,расчетов играфиков должносоответствоватьтребованиямГОСТ ЕСКД. Графикивычерчиваютсяна специальнойили миллиметровойбумаге формата11. На осяхкоординатобязательнонадписываютсяоткладываемыевеличины,указываютсяединицы ихизмерения имасштабы, атакже наносятсямасштабныеделения. Кривыеграфиков следуетпроводить междуэкспериментальнополученнымиточками усредненно,учитывая ожидаемыетеоретическиерезультаты.Отдельные точкив силу случайныхили систематическихпогрешностеймогут оказатьсяза пределамиграфика, и ихследует отбросить.В тех областях,где ход кривоймонотонным,можно ограничитьсянебольшимколичествомизмерений,тогда как вобластях точекперегиба илиэкстремумовколичествоизмерениинеобходимоувеличить так,чтобы получитьдостоверныйход кривой.Часто для удобствасравнениярезультатовопыта на однихосях координатстроится несколькокривых, которыеобязательнодолжны бытьпронумерованыв соответствиис вариантамив таблицахизмерения ирасшифрованыв примечанияхк графикам.Можно разныекривые выполнятьв различныхцветах. Дляснятия частотныххарактеристикв достаточношироком диапазонечастот следуетпользоватьсялогарифмическиммасштабомчастоты.
4Экономическаячасть
4.1Расчет капитальныхзатрат
4.1.1Капитальныезатраты – этоденежные средствана созданиеновых и реконструкциюдействующихосновных фондов.Капитальныезатраты складываютсяиз затрат наприобретениеоборудованияи приборов,транспортныхрасходов, затратна монтаж. Основаниемдля составлениясметы является:спецификацияна оборудование,прейскурантыцен, ценникина монтаж.
Для изготовлениялабораторногостенда необходимоэлектротехническоеоборудование,асинхронныйэлектродвигательпеременноготока, кабельнаяпродукция,автономныйинвертор напряжения“OMRON”3G3EV,программируемыйконтроллер“РемиконтР-122”.
4.1.2 Капитальныезатраты наоборудование
Таблица1 - Смета-спецификацияна оборудование.
| Наименование оборудования | Единицыизмерения | Количество | Стоимость,руб. | |||
| Единицы | Всего | |||||
| Двигательпеременноготока, 1,5кВт | к-т | 1 | 800 | 800 | ||
| Инвертор“OMRON 3G3EV” | к-т | 1 | 13512 | 13512 | ||
| Контроллер“Ремиконт Р- 122” | к-т | 1 | 26520 | 26520 | ||
| Электротехническоеоборудование | к-т | 2 | 400 | 800 | ||
| Кабельсиловой | м | 15 | 22 | 330 | ||
| Кабельмонтажный | м | 15 | 15 | 225 | ||
Итогостоимостьоборудования:42187 руб. | ||||||
| Транспортныерасходы 7,5% отстоимостиоборудования | 42187*7,5/ 100= | 3164,025 | ||||
| Строительно-монтажныеработы 10% отстоимостиоборудования(СМР) | 42187*10/ 100= | 4218,7 | ||||
| Накладныерасходы, 21% отСМР (НР) | 4218,7*21/ 100= | 885,927 | ||||
| Плановыенакопления8% от суммы СМРи НР | (4218,7+885,927)*8/ 100= | 408,37 | ||||
| Стоимостькапитальныхзатрат наоборудование | 3164,025+4218,7+885,927+ 408,37 = | 8677,022 | ||||
| Итогостоимостькапитальныхзатрат: 50864,022 руб. | ||||||
4.2Расчет эксплуатационныхзатрат
4.2.1 Эксплуатационныезатратырассчитываютсяпо изменяющимсястатьям себестоимости,к ним относят:амортизационныеотчисления,затраты насодержаниетехническихлабораторий автоматизации,затраты наэлектроэнергию,затраты назаработнуюплату.
4.2.2 Амортизационныеотчисления
(1)где К- капитальныезатраты;
Н-нормаамортизационныхотчислений(Н=12%)
4.2.3 Затратына эксплуатациюи текущий ремонт
(2)где Нр-норма отчисленийна эксплуатациюи текущий ремонт,Нрсоставляет6% от стоимостиоборудования(Нр=6%)
4.2.4 Заработнаяплата персоналадля обслуживанияоборудования
Режим работыперсонала –односменный.
Заработнаяплата инженерно-техническихработниковрассчитываетсяпо системедолжностныхокладов. Дляработы с лабораторнымстендом иобслуживаниявычислительнойтехники необходимследующийсостав персонала:
Старшийлаборант;
Инженерпо эксплуатации
Таблица2 - Штатная ведомость.
| Наименованиеспециальности | Разряд | Окладпо ЕТС, руб | Всего |
| Старшийлаборант | 5 | 133.100 | 1 |
| Инженерпо эксплуатации | 12 | 460 | 1 |
Годовой фондоплаты труда– это суммаденежных средствдля оплатытруда работниковпредприятий.
4.2.5 Расчетгодового фондаоплаты трудаинженерно-техническихработников:
Оклад старшеголаборантасоставляет133,1 рублей. Заработнаяплата за год(двенадцатьмесяцев):
(3)
Доплата завредность:
(4)гдеЭ – процентдоплаты завредность -15%.
4.2.6 Расчет фондаоплаты труда,с учетом районногокоэффициента,для инженерапо эксплуатации:
(5)где1,25 – районныйкоэффициент
Окладинженера поэксплуатациисоставляет800 рублей. Заработнаяплата за годпо формуле (3):
Доплата завредность поформуле (4)
4.2.7 Расчет фондаоплаты трудас учетом районногокоэффициентадля инженерапо эксплуатации,по формуле:
(6)где1,25 – районныйкоэффициент
Общий фондоплаты трудаработников:
4.2.8 Расчёт свнебюджетнымифондами:
(7)гдеФОТ– Общий фонтоплаты труда;
Т –тариф отчисленияв некоторыйвнебюджетныйфонд, %;
Расчёт сфондом Социальногострахования:
Расчётс Пенсионнымфондом:
Расчётс ГосударственнымФондом занятостинаселения РФ:
Расчётс Фондом обязательногомедицинскогострахования:
Отчисленияво внебюджетныефонды составляют38,5% от годовогофонда оплатытруда:
4.2.9Эксплуатационныерасходы:
(8)где А –годовые амортизационныеотчисления;
Ф –плата в госбюджетза пользованиеосновнымифондами, руб.;
Зтр– затраты наэксплуатациюи текущий ремонт;
(9)гдеК –затраты навнедрениеоборудования,руб.
Вывод:
По производственнымрасчетам капитальныезатраты наразработкуи внедрениестендов длялабораторииэлектроприводасоставили50864,022 руб.
Эксплуатационныерасходы приработе со стендомсоставят 9338,63 руб.
5 Техникабезопасности
5.1Общие требования
1. В лабораторииза техникубезопасностинесет ответственностьпреподавательи лаборант.
2. Студентыдолжны знатьи строго соблюдатьнастоящуюинструкцию,выполнятьтолько ту работу,которая порученаему преподавателемили лаборантомпосле предварительногообъясненияо безопасныхприемах работы.
3. В процессевыполненияработ от студентовтребуетсясоблюдатьорганизованность,не отвлекатьсяпостороннимиделами, разговорамии не отвлекатьдругих.
4. В случаеполучениятравмы прекратитьработу, известитьоб этом преподавателяи обратитьсяза оказаниеммедицинскойпомощи.
5.Заметив нарушениеинструкциидругими работающимиили опасностьдля окружающих,не оставатьсябезучастными,предупредитьработающегои преподавателяо необходимостисоблюдениятребований,обеспечивающихбезопасностьработы.
5.2 Порядоквыполненияработы
5.2.1 Перед работой
1.Ознакомитьсяс настоящейинструкциейи расписатьсяв журнале ТБлаборатории.
2. Приступатьк выполнениюработы студентымогут толькос разрешенияпреподавателя.
3. Студентамкатегорическизапрещаетсядоступ к распределительнымщитам и установкам,не относящимсяк выполняемойими работы.
4.До начала работывсе ее участникидолжны на местеподробно ознакомитьсясо схемойлабораторнойустановки,обратив особоевнимание наместо расположениявыключателясо стороныпитающей сети.
5.ОСОБОЕ ВНИМАНИЕобращать нацепи возбуждениядвигателейпостоянноготока, генераторови вторичныеобмотки трансформаторовтока.
5.2.2 Во времяработы
1.Включениенапряженияпроизводитьтолько послепроверки схемыпреподавателеми его разрешения.
2. Если по ходуработы установкутребуетсянеоднократновключать илиотключать, тоэти операциидолжны бытьпоручены толькоодному лицу.В аварийныхслучаях отключениеустановки можетбыть произведенолюбым из участниковработы.
3.Особая осторожностьдолжна бытьпри работе сдвижковымиреостатамиоткрытого типа.При передвижениидвижка реостатавторая рукане должна касатьсязаземленныхчастей иличастей, находящихсяпод напряжением.
4. Во времяработы запрещаетсяснимать огражденияс вращающихсячастей машины.
5.Запрещаетсяработать вшарфах, косынках(на плечах), сраспущеннымиволосами.
6. Запрещаетсяприсоединениеи отсоединениепереносныхприборов, требующихразрыва электрическихцепей, находящихсяпод напряжением.
7. Не оставлятьвключеннойустановку безприсмотра.
8.В случае аварии,во время работыНЕМЕДЛЕННОотключитьпитающий автомат.
5.2.3 После работы
Отключитьвсе источникипитания.
Прибратьсвое рабочееместо.
5.3Противопожарныемероприятия
В случаевозникновенияпожара:
а) немедленноотключитьглавный рубильник;
б) вызватьпожарную помощьпо телефону01;
в) принятьмеры к ликвидациипожара, первичнымии подручнымисредствами.
5.4Доврачебнаяпомощь
Освободитьпострадавшегоот действияэлектрическоготока.
2 . Вызватьврача потелефону03.
3. При необходимостидавать нюхатьнашатырныйспирт, сделатьискусственноедыхание и массажсердца.
4. Создатьпострадавшемупокой.
5.5Расчёт защитногозаземления
Таблица3 – Коэффициентыиспользованиятрубчатыхзаземлителей.
| Числотрубчатыхзаземлителей | Коэффициентэкранированияn при отношениирасстояниямежду трубамик их длине (a/L) | |||||
| 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | |
| Трубыразмещены вряд | Трубыразмещеныпо контуру | |||||
| 5 | 0,87 | 0,8 | 0,68 | - | - | - |
| 10 | 0,83 | 0,7 | 0,55 | 0,78 | 0,67 | 0,59 |
| 20 | 0,77 | 0,62 | 0,47 | 0,72 | 0,60 | 0,43 |
| 30 | 0,75 | 0,60 | 0,40 | 0,71 | 0,59 | 0,42 |
| 50 | 0,73 | 0,58 | 0,30 | 0,68 | 0,52 | 0,37 |
| 100 | - | - | - | 0,64 | 0,48 | 0,33 |
| 200 | - | - | - | 0,61 | 0,44 | 0,30 |
| 300 | - | - | - | 0,60 | 0,43 | 0,28 |
а) Периметрзаземления:152 м;
б) Расстояниемежду электродами:10 м.;
в) Рассчитываемотношение a/l(где a– расстояниемежду электродами,
l– длина заземляющихэлектродов.):a/l= 10/5 = 2;
г) Рассчитываемпредварительноечисло электродовn =L/a(где L– длина периметразаземления):L/a= 152/10 =15 шт.;
д) Определяемсопротивлениеодного пруткаrо.пр.:rо.пр.= 0,227*= 0,227*100 =2,27 Ом;
е) По таблице3 для n= 15 и отношенияa/l= 2 находим коэффициентиспользованияпрутков nи.в.= 0,63.
ж) Рассчитываемнеобходимоеколичествопрутков n1(где rз– максимальноезначениесопротивлениязаземления= 0,5 Ом):
n1=(rо.пр./r3)*nи.в= 2,27/ 0,5*0,63 = 7,2 8.
Так какn1n,то заземлениевыбрано с запасоми его
сопротивлениене превышает0,5 Ом.
6 Заключение
В результатеданного дипломногопроекта былразработани изготовленновый стенд№7 для лабораторииэлектропривода.Также былиразработаныдве лабораторныеработы дляпроведенияих на стендах№6 и №7. Достаточнобольшое вниманиебыло уделенои их комплексномувзаимодействиюи функциональнымвозможностям.Был глубокорассмотрентеоретическийвопрос частотногорегулированияв автономныхинверторах.
Реализациялабораторногостенда №7 набазе регулирующегоконтроллера“РемиконтР-122” имеет важноезначение длялабораторииэлектропривода,так как современнаяформула успешнойреализациивсех возможностейпроизводствазвучит как“контроллер– частотныйпреобразователь”.С появлениемстенда №6 учащиесясмогут в полноймере, на практике,ощутить необходимостьи эффективностьтакого техническоговзаимодействия,смогут получитьнеобходимыепрактическиенавыки уже встенах учебногозаведения.
Затраты навнедрениеданного проектасоставили 50864руб. Эксплуатационныерасходы приработе со стендомсоставят 9338 руб.
Литература
1. Техническоеописание автономногоинверторанапряжения“Omron 3G3EV”.– OMRON Corporation,1995.
2. “КонтроллеррегулирующиймикропроцессорныйРемиконт Р –110, Р – 112, Р-120, Р- 122”.-Техническоеописание.
3. “Техникачтения схемавтоматическогоуправленияи технологическогоконтроля”. -Москва, Энергоатомиздат,1991
4. Н. И. Белорусов,А. Е. Саакян, А.И. Яковлева."Электрическиекабели, проводаи шнуры". Москва,"Энергоатомиздат",1988.
5. Б.Ю. Липкин“Электроснабжениепромышленныхпредприятийи установок”.- Москва, “Высшаяшкола”, 1990.
ПРИЛОЖЕНИЕА
(обязательное)
Методическиеуказания илабораторнаяработа “Ознакомлениес функциональнымивозможностямипульта оператораАИН “Omron3G3EV”
МинистерствообразованияРоссийскойФедерации
Череповецкийметаллургическийколледж
Специальность1806
Техническаяэксплуатация,
обслуживаниеи ремонт
электрическогои
электромеханического
оборудованияв металлургии
Ознакомлениес функциональнымивозможностямипульта оператора
АИН“Omron 3G3EV”
Методическиеуказания илабораторнаяработа
подисциплине“Электрическийпривод”
длястудентов IIIкурса
РазработалДробанов А.Ф.,
студентIVкурса
Череповец
2000
Ознакомлениес функциональнымивозможностямипульта оператораАИН “Omron3G3EV”
1 Цельработы: изучитьпульт оператораАИН “Omron 3G3EV”,ознакомитьсяс наименованиямии функциямиклавиш пультаоператора,установитьзаданные параметрыинвертора вразличныхрежимах.
2Средства обучения
2.1 Оборудование:лабораторныйстенд №6.
2.2 Методическиеуказания клабораторнойработе, задание.
3 Краткиетеоретическиесведения
Автономныйинвертор имеетмножествонастроек ипараметров,которые делаютего чрезвычайногибким в применении.Изменениепараметровзаключаетсяв изменениицифровых значенийсоответствующихячеек. Каждыйпараметр инвертораимеет кодовоеобозначение(смотри таблицуА.1).
ТаблицаА.1 – Списокнастроечныхпараметровинвертора.
| № пара-метра | Индикатор | Описание | Диапазон | Завод-ская уставка |
n01 | Выбордоступа кпараметрам/инициализацияпараметров | 0,1,8,9 | 1 | |
| n02 | MODE | Выборметода управления | 0-5 | 0 |
n04 | F/R | Выборнаправлениявращения | For/Rev | For |
| n06 | Выборфункциипрограммируемоговхода | 0-4 | 1 | |
| n09 | Выборфункциипрограммируемоговхода | 0,1,2 | 1 | |
| n11 | FREF | Заданнаячастота 1, Гц | 0,0-400 | 6,0 |
| n12 | FREF | Заданнаячастота 2, Гц | 0,0-400 | 0,0 |
| n20 | ACC | Времяразгона, с | 0,0-999 | 10 |
| n21 | DEC | Времяторможения,с | 0,0-999 | 10 |
| n24 | FMAX | Максимальнаячастота, Гц | 50,0-400 | 60,0 |
| n25 | VMAX | Максимальноенапряжение,В | 1-255 | 200 |
| n26 | FBAS | Частотапри максимальномнапряжении,Гц | 1,6-400 | 60,0 |
| n31 | THR | Ток,при которомсрабатываетэлектроннаятермозащита,А | 0,1-8,4 | 6,2 |
| n33 | Предупреждениеопрокидыванияротора во времяторможения | 0,1 | 0 | |
| n36 | Режимработы послемгновенногопропаданияпитания | 0,1,2 | 0 | |
| n37 | Несущаячастота | 1,2,3,4 | 4 | |
| n39 | Коэффициентпередачи почастоте | 0,1-2,00 | 1,00 | |
| n40 | Смещениепо частоте,Гц | -99-99 | 0 | |
| n68 | Историяошибок |
Параметрn01 являетсяключевым. Онопределяетстепень доступак настройкаминвертора. Нижеследует болееподробноеописание егозначений (смотритаблицу А.2).
ТаблицаА.2 – Описаниезначений параметра“n01”.
Значение“n01” | Описание |
| 0 | Доступтолько к ключевомупараметру“n01” |
| 1 | Дляустановкидоступны всепараметры до“n68” |
| 8 | Длявсех параметровустанавливаютсязаводскиеустановки |
| 9 | Инверторвключаетсяв 3-х проводнуювнешнюю схемууправления |
Дляпроведенияданной лабораторнойработы параметр“n01” долженбыть установленв значение “1”.Данные параметрыи их значениявводятся припомощи пультаоператора,передняя панелькоторого показанана рисунке А.1.
РисунокА.1 – Пульт управленияАИН “Omron3G3EV”
Вводнаиболее частоиспользуемыхпараметровв инвертор,которые выведенынепосредственнов виде пультауправления,состоит изследующихопераций:
Выборнужного параметраосуществляетсяклавишей “MODE”(не путать спараметром“mode”, которыйвысвечиваетсяв виде индикатора!).
Приэтом на дисплеезажигаетсяиндикатор,соответствующийвыбранномупараметру.
Изменениевыбранногопараметра донужной величиныпроизводитсяклавишами“INCREMENT” и“DECREMENT”.
Вводизмененногозначения достигаетсяпутем нажатияклавиши “Enter”
Еслиизменениепроисходитв режиме рабочегохода, то примногократномнажатии клавиши“MODE” будутактивизироватьсятолько зеленыеиндикаторы.
Активизированный(подсвеченный)индикаторпоказывает,какой параметрвыбран дляконтроля иизменения.Параметры,связанные скраснымииндикаторами,выбираютсяи изменяютсятолько в режимеостанова инвертора.
Режимнепосредственногодоступа к параметрупо его номеру(только в режимеостанова):
1) Клавишей“MODE” происходитпоследовательныйперебор довысвечиванияиндикатора“PRGM”
Первичноепоказание надисплее высвечиваетномер выбранногопараметра “n01”для просмотраи редактирования.
2) Клавишами“INCREMENT” и “DECREMENT”производятвыбор параметранастройкиинвертора (врежиме PRGM),затем нажимают“ENTER”. Мы вошлив ячейку памяти.На дисплеевысвечиваетсятекущее значениеячейки параметра.
3) При необходимостипосредствомнажатия клавиш“INCREMENT” и “DECREMENT”изменяют цифровоезначение параметра.
4) Для сохранениявведенногозначения нажимают“ENTER”.
Миганиезначенияпрекращается.Оно введенов память.
5) Через 0,5 с.после вводав память параметравновь становитсявозможным выбордругого параметра,его изменениеи ввод (этоосуществляетсякак в пунктах2 - 4).
6) Выход изрежима непосредственногоизмененияпараметровпроизводитсяпутем нажатияклавиши “MODE”.
Для запускаинверторанеобходимонажать клавишу“RUN”, дляего останова- клавишу “STOP”.
Т.к. врежиме рабочегохода красныеиндикаторыне могут бытьактивизированыс пульта, тофирма – производитель“Omron” запрограммировалаАИН таким образом,что шесть индикаторовкрасного цветапосредствомпоследовательнойпоочереднойактивизациисоздают эффект“огонька, бегущегопо кольцу”.Если это “движение”происходитпо часовойстрелке, то АДдвижется впрямом направлении,если противчасовой стрелки– АД работаетв реверсе.
! Дляосуществленияполноценногоуправленияс пульта необходимоустановитьпараметр “mode”(n02) в значение“0”. (Заводскаяустановка)
! Еслипри подачепитания наинвертор загорелсяиндикатор“ALARM” – работупрекратитьи сообщить обэтом преподавателю!
Контрольныевопросы
1.Какие параметрыинвертора могутбыть измененыв ходе его работы?
2. Какойпараметр (индикатор)отвечает занаправлениевращения двигателя?
3. Какиеиндикаторыслужат длянаблюденияза работойэлектродвигателя?
4. Изменениемкакого параметраможно ограничитьразгон электродвигателядо определеннойчастоты?
5. Как можнопосмотретьзаданное времяторможенияили разгонав режиме “СТОП”?
6. В каком порядкепроисходитизменение иввод любогоиз параметровнастройкиинвертора?
4 Ходработы
4.1Получить заданиеу преподавателя
4.2Прочитатьинструкциюпо техникебезопасностина рабочемместе
4.3Произвестивключениеавтомата “QF”на стенде.
4.4 Параметры,указанные взадании, записатьв память инвертораи в таблицу вотчете, какпоказано втаблице А.3
ТаблицаА.3 – Переченьпараметровдля самостоятельногоизменения.
| № пара-метра | Индика-тор | Описание | Диапа-зон | Предыдущее значениепараметра | Заданноезначение дляустановки |
n04 | F/R | Выборнаправлениявращения | For/Rev | For | Rev |
n11 | FREF | Заданнаячастота, Гц | 0,0-400 | 6,0 | 30 |
n20 | ACC | Времяразгона, с | 0,0-999 | 10 | 15 |
n21 | DEC | Времяторможения,с | 0,0-999 | 10 | 15 |
n24 | FMAX | Максимальнаячастота, Гц | 50,0-400 | 60,0 | 30 |
4.5Перевестидисплей в режимконтроля выходнойчастоты.
4.6 Произвестизапуск инвертора,наблюдая динамикуразгона поцифровомуиндикатору.
4.7 После выходана рабочийрежим проконтролироватьток, потребляемыйдвигателем(IOUT). Значениепотребляемоготока занестив отчет.
4.8 В ходе работыинвертораизменить значениевремени торможениядо 5 с.
4.9 Переключитьсяв режим мониторингатока.
4.10 Наблюдаяза током произвестиреверс инвертора.
4.11 Остановитьустановку.
Все нажатиякнопок, производимыена пульте инверторав ходе даннойработы отразитьв отчете. Сделатьвывод по работе.В выводе должнабыть отраженатема и цельданной лабораторнойработы.
Литература
1 Техническоеописание автономногоинверторанапряжения“Omron 3G3EV”.– OMRON Corporation,1995.
ПРИЛОЖЕНИЕБ
(обязательное)
Методическиеуказания илабораторнаяработа “Исследованиевнешнего управленияинвертором“Omron3G3EV””
МинистерствообразованияРоссийскойФедерации
Череповецкийметаллургическийколледж
Специальность1806
Техническаяэксплуатация,
обслуживаниеи ремонт
электрическогои
электромеханического
оборудованияв металлургии
Исследованиевнешнего управленияинвертором“Omron3G3EV
Методическиеуказания илабораторнаяработа
подисциплине“Электрическийпривод”
длястудентов IIIкурса
РазработалДробанов А.Ф.,
студентIVкурса
Череповец
2000
Исследованиевнешнего управленияинвертором“Omron3G3EV
1 Цельработы: Изучитьпорядок переходаот управленияинверторомсо встроенногопульта к внешнемууправлению.Проанализироватьсхему управления,разобратьсяв схемной реализацииэтого перехода.Реализоватьна практикедистанционноезадание выходнойчастоты инверторапо аналоговомувходу.
2Средства обучения
2.1 Оборудование:лабораторныестенды №6 и №7;
2.2Методическиеуказания клабораторнойработе, задание.
3 Краткиетеоретическиесведения
Частотныепреобразователи“Omron” могутуправлятьсяне только совстроеннойпанели оператора,но и при помощивнешних управляющихвоздействий,представленныхдискретнымии аналоговымисигналами,которые подаютсяна соответствующиевходы. Такойспособ управленияпозволяетосуществлятьдистанционныйзапуск, остановустановки,производитьустановкунаправлениявращения приводногодвигателя иего частоты не толькооператором,но также и припомощи средствпромышленнойавтоматики.Это широкоиспользуетсяна современномпроизводстве,где зачастуютребуетсяосуществлятьцентрализованноеуправлениемножествомэлектрическихприводов.
Нарисунке Б.1 показанапринципиальнаяэлектрическаясхема (стенд№6) для дистанционногоуправленияинвертором.
1– дискретныйсигнал “Назад”от стенда №7; 2– дискретныйсигнал “Вперед”от стенда №7; 3– общий дискретныйвход; 4– аналоговыйсигнал на заданиескорости отстенда №7; 5– общий аналоговыйвход.
РисунокБ.1 – Электрическаяпринципиальнаясхема подключенияинвертора дляреализациивнешнего управления(стенд №6).
Дляперехода крежиму внешнегоуправлениянеобходимо,прежде всего,сообщить инвертору,что сигналыуправления(старт/стоп,направлениевращения, заданиена скорость)следует приниматьс внешних входов.Функция выборарежима приемкивнешних управляющихсигналов возложенана параметр(индикатор)“mode”. Нижепредставленатаблица возможныхего значений.
ТаблицаБ.1 – Режимы внешнегоуправления,задаваемыепараметром“mode”.
Значениепараметра“n02” | Команда“Пуск” подается… | Заданиечастоты подается… | УстановкаDIP- ключей |
| 0 | С пультаоператора | Спульта оператора(n11) | OFF |
| 1 | С клеммуправления | Спульта оператора(n11) | OFF |
| 2 | С пультаоператора | Склемм управления(0-10 V) | OFF |
| 3 | С клеммуправления | Склемм управления(0-10 V) | OFF |
| 4 | С пультаоператора | Склемм управления(4-20 mA) | ON |
| 5 | С клеммуправления | Склемм управления(4-20 mA) | ON |
DIP-ключинаходятся подпередней крышкойинвертора, вположении“OFF”.
Вданной лабораторнойработе используетсярежим “3”, т.е.режим внешнегоуправления,задаваемыйпараметром“mode”.
Управляющиевходы инвертораподразделяютсяна дискретныеи аналоговые.Задание направлениявращения икоманды “СТОП”и “ПУСК” подаютсятолько с дискретныхвходов. Заданиечастоты вращенияможет происходитькак в цифровойформе, так и ваналоговой.В данной схемнойреализацииприменен аналоговыйспособ заданиячастоты (потенциальный)как более наглядныйи простой. Онреализуетсяпосредствомпотенциометра,с которогоснимаетсясигнал 0-10 В иподаётся навход “FR”(“FC” - общий).
Дляреализациивнешнего управленияинверторомсредствамистенда №6 необходимоперевести ключ“SA – I”в верхнее положение.На схеме стендаэто соответствуетзамыканию “SA– I “C” ” контактов.Из схемы нарисунке Б.1 видно,что такоепереключениеобеспечиваетподачу питающегонапряженияна катушкиуправляющихреле “KV1 -I” и “KV2- I”, контактыкоторых коммутируютдискретныевходы инвертора“SF” и “SR”с общим входом“SC”. Коммутация“SF - SC”обеспечиваетпрямой ходприводногодвигателя, “SR- SC” – обратныйход, т.е. реверс.Так как одновременнаяподача сигналовна два дискретныхвхода приводитк ошибке и остановуинвертора, топри работеодного из реле,отвечающихза выбор направлениявращения, егоконтакты разрываютцепь питанияреле, отвечающегоза пуск инверторав другую сторону.
Дляреализациирежима внешнегоуправленияна стенде №6 недостаточносоответствующимобразом запрограммироватьинвертор, необходимоустановитьключ “SA –I” на стендев крайнее нижнееположение. “SA– I” замыкаетцепь питанияреле “K –I” и коммутируетодну из цепейаналоговоговхода инвертора.Реле “K –I” срабатывает,обеспечиваяотключениеручного задатчикачастоты (потенциометра)и подключаядискретныеи аналоговыевходы. Заметим,что ключ “SA– I” используетсядля коммутацииодного из аналоговыхвходов из-затого, что у реле“K- I”всего четыренормально-разомкнутыхконтакта. А дляреализациирежима внешнегоподключениянеобходимораздельнокоммутироватьпять входов.
Длязапуска инвертораи его остановаслужит кнопочнаястанция. Заданиенаправлениявращения происходитпутем подачиуправляющегонапряженияна вход соответствующегореле. Один изего нормально-разомкнутыхконтактовобеспечиваетсамоподхват.
Дляотработкиуправленияинверторомс помощьюконтроллеровиспользуетсяподключение“РемиконтР-122” согласносхеме (смотририсунок Б.2).
ВБ– блок вентиляторов;1 – дискретныйвыход “Назад”;2 – дискретныйвыход “Вперед”;3 – дискретныйобщий; 4– аналоговыйвыход для заданияскорости настенд №6; 5– общая шинаПК “Ремиконт”.
РисунокБ.2 – Электрическаяпринципиальнаясхема стенда№7.
Контрольныевопросы
1. Какуюфункцию выполняетключ “SA –I” на стенде№6?
2. Каким образомосуществляетсяпереход отуправленияс пульта операторак внешнемууправлению?
3. Какими двумяспособами можетосуществлятьсязадание частоты?
4. Какими двумяспособами можетосуществлятьсяаналоговоезадание частоты?
5. В чём преимуществааналоговогозадания частотыот цифрового?
6. К чему приведётодновременнаяподача команд“Вперед” и“Назад”?
7. Какова точностьаналоговогозадания?
4 Ходработы
4.1 Получить заданиеу преподавателя
4.2 Прочитатьинструкциюпо техникебезопасностина рабочемместе
4.3 Произвестивключениеавтомата “QF”настенде №6.
4.4 Установитьключ “SA - I”в верхнее положение.
4.5 Исходя иззнаний, полученныхна лабораторныхработах “1” и“2” запуститьи подготовитьк работе стенд№7.
4.6 ЗапуститьАИН с внешнихвходов средствамистенда №6 (Кнопочнаястанция, аналоговыйзадатчик частоты(потенциометр)).
4.7 Когда двигатель,питающийсяот инвертора,наберет скорость,нажать кнопку“Стоп” (на стенде),и сразу же заэтим – кнопку“Назад”.
Обратитьвнимание нато, каким образомпроизойдётреверс. Во времяреверса проконтролироватьвыходной ток.Зафиксироватьтот момент,когда он приметнаибольшеезначение.
4.8 Остановитьинвертор.
4.9 Перевестистенд в режимприемки сигналовот регулирующегоконтроллера“Ремиконт –Р122” путём переводаключа “SA- I” в нижнееположение.
Припомощи заранеевведеннойпрограммы вконтроллеросуществитьзапуск и регулированиеоборотов АДсо стенда №7
4.11Осуществитьреверс АД потаймеру.
Произвестиостановку АДпо поступлениидискретногосигнала навход регулирующегоконтроллера.
Всенажатия кнопок,производимыена пульте инвертораи на пульте“РемиконтР-122” в ходе даннойработы, отразитьв отчете. Сделатьвывод по работе.В выводе должнабыть отраженатема и цельданной лабораторнойработы.
Литература
1 Техническоеописание автономногоинверторанапряжения“Omron 3G3EV”.– OMRON Corporation,1995.
2 “КонтроллеррегулирующиймикропроцессорныйРемиконт Р –110, Р – 112, Р-120, Р- 122”.-Техническоеописание.
3 “Техникачтения схемавтоматическогоуправленияи технологическогоконтроля”. –Энергоатомиздат,1991.
ДОКЛАД
“Проектлабораторногостенда по изучениючастотногоэлектроприводана базе автономногоинверторанапряженияфирмы OMRON”.
Внастоящее времяна АО “Северсталь”происходитактивное внедрениечастотныхпреобразователей.Это объясняетсятем, что частотноеуправление,реализуемоепосредствомавтономныхинверторовнапряжения,позволяетрешить целыйряд проблем,связанных снесовершенствомсуществующихсистем электрическогопривода.
Насегодняшнийдень наибольшеераспространениеполучили следующиетипы двигателей:АД с короткозамкнутымротором, АД сфазным ротором,СД, ДПТ. На современномпроизводствесуществуюттакие технологическиепроцессы, которыетребуют глубокогорегулированияскорости, еёпостоянствав течениеопределенноговремени и высокойперегрузочнойспособностиэлектрическоймашины. ДПТнаиболее полноотвечает всемэтим требованиям,но имеет существенныйнедостаток– коллектор.Коллекторныемашины критичнык большим пусковымтокам (круговойогонь) и их коллекторподверженподгоранию,истиранию изагрязнению,в металлургическихже цехах зачастуюприсутствуети металлическаяи угольнаяпыль, что отрицательновлияет на срокслужбы двигателей.АД с фазнымротором имеетзначительныйдиапазонрегулированияскорости, нореализацияеё регулированияне отличаетсяэкономичностью– на активныхсопротивлениях,вводимых вротор, происходятненужные потериэнергии. Крометого, контактныекольца и щёткитоже подверженыизносу, чтоприводит квынужденнымматериальнымзатратам ипотере рабочеговремени наремонты.
СДотличаетсядостаточновысоким КПД,но запуск егоосложнен тем,что прямоевключение всеть СД приводитк резким броскамтока и напряжения,что при большоймощности машиныочень отрицательносказываетсяна форме сетевогонапряжения.Синхронныемашины приперевозбуждениикомпенсируютреактивнуюмощность индуктивнойнагрузки (АД)и имеют оченьстабильнуюскорость, независящую отнагрузки, нопри превышениикритическогомомента машинавыпадает изсинхронизма,что приводитк броскампотребляемоготока и напряжения.АД с короткозамкнутымротором несодержит роторнойобмотки, котораябыла бы сильноподверженадинамическими температурнымвоздействиям,что объясняетсамую низкуюаварийностьэтих электрическихмашин. АД могутвыполнятьсядаже в герметичномисполнении,что позволяетиспользоватьих во взрывоопасныхсредах. К недостаткамАД можно отнестито, что при пускеего момент неможет составлять100 % из-за того, чтоиндуктивноесопротивлениестержней роторабольше активного(S1).
Еслипосмотретьна схему замещенияАД, то можносделать вывод,что у асинхронногоэлектродвигателямомент не можетявляться максимальнымв диапазонескоростей 0 –max,т.к. зависит отсоотношенияактивного иреактивногосопротивленийротора, которыетакже зависятот скольжения.
Исходяиз этого мыприходим квыводу, что для поддержаниямомента напостоянномуровне в течениевсего разгонанеобходимосделать так,что бы соотношениеактивного иреактивногосопротивленийротора былопостоянным.Соотношениеможет бытьизменено либоувеличениемактивного (какв АД с фазнымротором) таки уменьшениемреактивногосопротивления.Известно, чтореактивноесопротивлениеиндуктивностиуменьшаетсясо снижениемчастоты, активноеже сопротивлениев случае машиныс короткозамкнутымротором неизменяется(очень малскин-эффектввиду относительномалой частотытока в обмотке).Поэтому поддержаниемаксимальногомомента приразгоне можетбыть реализованопутем плавногоизменениячастоты. Такойметод управленияасинхронноймашиной называетсячастотнымуправлением.Он реализуетсяметодом широтно-импульсноймодуляциинапряженияцепи постоянноготока автономногоинвертора.
Однимиз важных параметровинвертораявляется несущаячастота ШИМ.От этой частотызависит качествокривой токадвигателя, ичем выше синусоидальность,тем меньшепомех в радиодиапазонетем меньшепотери на гистерезиси вихревые токив магнитнойсистеме машины.
Длясозданиясинусоидально-подобнойкривой токаиспользуетсяизменениеширины импульсовв сторону увеличенияот начала досередины полупериода,затем следуетуменьшениеширины каждогоимпульса, и,наконец, изменениеполярностивыходногонапряжения.Для увеличениявеличины выходногонапряженияпроисходитлишь пропорциональноеувеличениеширины импульсов.Этот методизменениявыходногонапряженияназываетсяметодом широтно-импульсногорегулирования.Метод широтно-импульсноймодуляциипозволяетполучить высокуюсинусоидальность.В дорогих моделяхинверторов,предназначенныхдля использованияс электродвигателямибольшой мощностииспользуетсятакже методвекторногоуправления.Суть этогометода состоитв том, что инверторполучает отдвигателячетыре параметра:
Напряжениена зажимах
Выходнойток
Угловуючастоту
Положениеротора.
Наосновании этихпараметровпроисходитпостроениематематическоймодели электрическоймашины в микропроцессорномблоке инвертора,определяетсянеобходимыйсдвиг междутоком и напряжением,что позволяетработать с cos= 1 во всем диапазоневыходных частотинвертора. Cos=1 позволяетполучить максимальныймомент дажена низких частотах,а при использованииинвертора дляпитания двигателяс вентиляторнойнагрузкойинвертор выбираетминимальновозможныйрабочий моментпутем снижениявыходногонапряжения,что позволяетэкономитьэлектроэнергию.
Впоследнихмоделях инвертороввозможен такжережим, когдане используетсяни тахогенератор,ни сельсин.Построениематематическоймодели происходитпо двум параметрам:по току и напряжениюна выходныхзажимах инвертора.Такой способвекторногоуправлениятребует высокогобыстродействияпроцессорногоблока инвертора.Серия EFобладает такимивозможностями.
Инверторытакже имеютпреимуществоперед тиристорнымипреобразователями,так как не потребляютреактивнуюмощность изпитающей сети.
Такимобразом, асинхронныйдвигатель, приего использованиис частотнымпреобразователем,является лучшейсистемой привода.Лидером впроизводствеавтономныхинверторовявляется фирма“Omron”,т.к. её преобразователиимеют большуюгибкость вуправлениии надежность.
Именно поэтомуАО “Северсталь”в настоящеевремя активновнедряет этичастотныепреобразователина производство(наряду с инверторами“Siemens”),причем в настоящеевремя инверторыначинают внедрятьсядаже в коммунальнуюсферу (насосы).
Из– за широкогораспространенияинверторовнеобходимообучать специалистов,выпускаемыхиз колледжаи частотномуприводу. Донастоящеговремени выпускникиимели толькотеоретическиезнания по частотномуприводу. С пускомкомплексногостенда станетвозможнымпроводитьлабораторныеработы по дисциплине“Электрическийпривод” в полномобъеме, соответствующемсовременнымтребованиямк выпускаемымспециалистам.В настоящиймомент возможнопроведениелабораторныхработ на стенде№6. Завязка стендов№6 и №7 по управляющимвходам являетсязадачей длядальнейшейработы. Стендыдля проведениялабораторныхработ в колледжерасполагаютсяв лабораторииэлектропривода.Лабораторныеуказания дляпроведениядвух лабораторныхработ, разработанныев ходе данногодипломногопроекта, представленыв приложениях“А” и “Б”.
Комплексныйстенд предназначендля полученияпервичныхпрактическихнавыков попрограммированиючастотногопривода и егоуправлениюперед выходомна практикустудентовколледжа. Комплексныйстенд состоитиз стендов №6и №7.
Стенд№6, основой которогоявляется автономныйинвертор напряженияфирмы “Omron”,позволяетотрабатыватьвопросы управленияинверторомс его встроенногопульта и с внешнихуправляющихвходов: с двухдискретныхвходов (длязадания направлениявращения) и содного аналогового(для заданияскорости).
Стенд№7, базирующийсяна программируемомконтроллере“РемиконтР-122”, позволяетполучать практическиенавыки попрограммированиюПК “Ремиконт”и по управлениювнешнимиустройствами,например, стендом№6 или любымдругим. Планируетсятакже связатьвсе контроллеры,находящиесяв лабораторияхколледжа в сетьпосредствомпрограммногообеспечения“TraceMode”.Это также являетсянаправлениемдля дальнейшейработы.
Врезультатедипломногопроекта былразработани внедрен комплексныйлабораторныйстенд по изучениючастотногоэлектроприводана базе автономногоинверторанапряженияфирмы “Omron”.
Такжев результатедипломногопроекта, кромедвух приложенийс методическимиуказаниямидля лабораторныхработ, был произведенрасчёт капитальныхзатрат на внедрениекомплексногостенда. Капитальныезатраты составили50 тыс. рублей,затраты наэксплуатацию– 9 тысяч.