Изучение работы преобразователей частоты
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Филиал
федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения
высшего профессионального образования
Уфимский
государственный нефтяной технический университет
(Филиал
ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате)
Электрический
привод
Изучение
работы преобразователей частоты
Отчет
по лабораторной работе № 1
ЭАПП-140400.65-3.01.00
ЛР
Исполнитель:
студент гр.
БАЭзс-11-2
С.А.Жуков
Руководитель:
ст. преподаватель
А. В. Самородов
Салават
2014
1. Цель работы
Изучение конструкции, принципа действия и
приобретение навыков работы на лабораторной установке на базе комплектного
электропривода переменного тока типа FR-Е 540 MITSUBSHI ELECTRIC.
. Программа работы
а) изучение конструкции и принципа действия
лабораторной установки;
б) изучение конструкции, принципа действия и
паспортных технических характеристик преобразователей частоты типа FR-Е 540;
в) расчет дополнительных технических
характеристик преобразователей частоты типа FR-Е 540;
г) изучение методов работы на лабораторной
установке и исследования систем электропривода переменного тока;
д) проведение экспериментов и обработка
результатов экспериментов.
преобразователь частота
электропривод ток
3. Назначение, устройство и принцип действия
лабораторной установки
Лабораторная установка предназначена для
исследования замкнутых систем электропривода переменного тока. Она состоит из
двух лабораторных стендов № 4 и № 5, которые имеют одинаковую конструкцию,
одинаковые схемы электрических соединений и принцип действия.
Силовая электрическая схема лабораторных стендов
изображена на рисунке 1. В их состав входят комплектные электроприводы
переменного тока типа FR-Е 540 (в дальнейшем просто преобразователи частоты) и
асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Преобразователи частоты
подключаются к сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В с помощью
автоматического выключателя QF2, который находятся в силовом распределительном
пункте СП1. Включение преобразователя частоты в работу производится с помощью
магнитных пускателей КМ4 и КМ5.
Преобразователи частоты смонтированы с лицевой
стороны щита контроля и управления лабораторного стенда. Асинхронные двигатели
входят в состав электромеханических систем, каждая из которых состоит из трех
электрических машин, связанных между собой механическим валом. Это исследуемые
двигатели переменного и постоянного тока, а также нагрузочный генератор
постоянного тока. В лабораторном стенде предусмотрено измерение активной
мощности, напряжения и тока асинхронного двигателя с помощью щитовых
электроизмерительных приборов. Измерение частоты выходного напряжения
преобразователя частоты производится по его цифровому индикатору и с помощью
щитового электроизмерительного прибора, который подключен к соответствующему выходу
преобразователя частоты. Рядом с каждым преобразователем с левой стороны
расположены органы внешнего управления (тумблер «Пуск» и две кнопки для
изменения частоты выходного напряжения «Больше» и «Меньше»).
Рисунок 1 - Электрическая схема лабораторного
стенда
Нагрузкой каждого из генераторов постоянного
тока служат пять электрических ламп накаливания EL1…EL5, включение которых
осуществляется с помощью переключателей SA1…SA5. Лампы накаливания EL1…EL5
распложены с задней стороны щита контроля и управления, а переключатели SA1…SA5
находятся на его лицевой стороне.
. Назначение, устройство и принцип действия
преобразователя
частоты
FR-Е 540
Преобразователи частоты фирмы MITSUBISHI
ELECTRIC типа FR-Е 540 предназначены для преобразования переменного напряжения
промышленной частоты в переменное напряжение регулируемой частоты и
используются в системах автоматизированного электропривода производственных
механизмов для регулирования их скорости вращения и других координат
электропривода. В состав преобразователей частоты входят управляемый
выпрямитель, автономный инвертор тока, системы управления выпрямителем и
инвертором, системы автоматического регулирования выходного тока и напряжения.
Преобразователи частоты выполнены в виде
прямоугольного корпуса. Задняя часть корпуса представляет собой охлаждающий
радиатор из алюминиевого сплава, на котором с внутренней стороны установлены
силовые элементы преобразователя. Спереди к радиатору закреплен контейнер,
который закрывает силовые элементы и в котором расположены электронные блоки
управления. На передней панели корпуса расположены крышка опционного порта,
крышка пульта управления и шильдик с названием. На правой боковой поверхности
находится табличка с основными номинальными данными преобразователя частоты.
Передняя панель съемная. Под ней находятся
разъем пульта управления, индикаторы «Включено» и «Неисправность», клеммные
блоки для подсоединения цепей управления и силовых цепей, гнездо перемычки для
изменения логики управления. К разъему пульта управления можно подключить пульт
типа FR-РА 02 или порт интерфейсной связи RS-485.
Расположение клемм показаны на рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 - Расположение силовых клемм
|
RH
|
|
A
|
|
|
RM
|
|
B
|
|
|
RL
|
|
C
|
|
|
MRS
|
|
10
|
|
|
RES
|
|
2
|
|
|
SD
|
|
5
|
|
|
AM
|
|
4
|
|
|
PC
|
|
SD
|
|
|
SE
|
|
STF
|
|
|
RUN
|
|
STR
|
|
SD
|
|
Рисунок 3 - Расположение клемм цепей управления
Назначение и описание силовых клемм приведено в
таблице 1, а назначение и описание клемм цепей управления приведено в таблице
2.
Пульт управления FR-РА 02 предназначен для
управления преобразователем частоты, задания выходной частоты, выбора,
установки и изменения параметров настройки, также для просмотра режимов работы,
сообщения об ошибках и срабатывании защит.
Пульт управления состоит из панели и поворотной
крышки, внешний вид которых изображен на рисунке 4.
Таблица 1 - Назначение и описание силовых клемм
|
Обозначение
|
Название
клеммы
|
Описание
|
|
L1,
L2, L3
|
Клеммы
сетевого питания
|
Подключение
к стандартным источникам питания: U = 380 В; f = 50 Гц
|
|
U,
V, W
|
Выходы
преобразователя
|
Подключение
трехфазного асинхронного двигателя
|
|
+,
РR
|
Тормозной
резистор
|
Подключение
тормозного резистора для реализации динамического торможения
|
|
+,
РU
|
Дроссель
|
Подключение
реактора FR-BEL. При этом удаляется перемычка +, РU
|
|
Клемма
заземления
|
Необходимо
обязательное заземление преобразователя частоты
|
|
+,
-
|
Блок
торможения
|
Подключение
блока торможения FR-ВИ, рекуператора мощности FR-FC или конвертора коррекции
мощности FR-НС
|
Таблица 2 - Назначение и описание клемм цепей
управления
|
Обозначение
|
Название
|
Описание
|
|
STF
|
Пуск
в прямом направлении
|
Сигнал
STF подается для пуска двигателя в прямом направлении и снимается для его
останова
|
|
STR
|
Пуск
в обратном направлении
|
Сигнал
STR подается для пуска двигателя в обратном направлении и снимается для его
останова
|
|
RH,
RM, RL
|
Многоскоростной
режим
|
Сигналы
RH, RM и RL используются для выбора уставок скорости
|
|
MRS
|
Отключение
выхода преобразователя
|
Сигнал
MRS подается на время 20 мс и более для отключения выхода преобразователя,
например, при работе с электромагнитным тормозом
|
|
RES
|
Сброс
|
Сигнал
RES подается на время 0,1 с и более для сброса защит
|
|
SD
|
Общий
вход «Отрицательная логика»
|
Используется
для подачи команд при выборе отрицательной логики управления. Общей точкой
для напряжения 24 В (0,1 А) является клемма РС
|
|
PC
|
«Положительная
логика», 24 В
|
Используется
как источник сигнала 24 В (0,1 А) и для выдачи команд при выборе
положительной логики
|
|
10
|
Опорное
напряжение задатчика частоты
|
5
В постоянного тока (10 мА)
|
|
2
|
Задание
частоты (напряжение)
|
Выходная
частота пропорциональна напряжению на входе. Максимальная частота достигается
при 5 В (10 В). Входное сопротивление 10 кОм. Допустимое напряжение 20 В
|
|
4
|
Задание
частоты (ток)
|
Выходная
частота пропорциональна входному току (4…20 мА). Максимальная частота
соответствует 20 мА. Входное сопротивление 250 Ом. Допустимый ток 30 мА.
|
|
5
|
Общий
сигналов задания
|
Общий
сигналов задания частоты (клеммы 2, 10, 4) и сигнала на выходе АМ
|
|
A,
B, C
|
Сигнал
аварии (выход)
|
Нормальное
состояние контактов В и С - замкнутое, А и В - разомкнутое. При срабатывании
защит преобразователя состояние контактов изменяется на противоположное.
Нагрузочная способность контактов - 200 В (0,3 А) переменного тока или 30 В
(0,3 А) постоянного тока.
|
|
FU
|
Выход
«Контроль частоты»
|
Сигнал
FU имеет низкий уровень, если выходная частота достигла или превысила
заданную величину. Допустимая нагрузка 24 В (0,1 А).
|
|
SE
|
Общий
выход транзисторных ключей с открытым коллектором.
|
|
FM
|
Аналоговый
выходной сигнал
|
Выходной
сигнал пропорционален подводимой величине. Диапазон изменения 0…10 В,
допустимый ток 1 мА.
|
|
Соединитель
RS-485
|
Интерфейсная
связь RS-485 Стандарт EIA, RS-485 Формат передачи Multi-drop Скорость
передачи max 19200 бод/с Протяженность линии до 500 м
|
|
RUN
|
Сигнал
«Работа»
|
Сигнал
RUN имеет низкий уровень при работе на частотах выше стартовой и высокий
уровень при останове или торможении. Допустимая нагрузочная способность 24 В
(0,1 А).
|
Назначение и описание кнопок управления
приведено в таблице 3.
Назначение и описание световых индикаторов
приведено в таблице 4.
Преобразователи частоты имеют паспортные
технические характеристики:
а) номинальная мощность, кВт;
б) номинальный ток, А;
в) номинальное напряжение питания, В;
|
Цифровой
Световые индикатор индикаторы
|
|
|
Цифровой
Световые индикатор индикаторы
|
|
|
|
Нz
RUN A MON PU EXT
|
|
|
|
Hz RUN A MON PU EXT
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MODE
|
SET
|
REV
|
D
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RUN
|
STOP
RESET
|
|
|
|
FWD
|
STOP
RESET
|
|
Ñ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Крышка пульта управленияПульт управления
Рисунок 4 - Внешний вид крышки и панели
управления
Таблица 3 - Назначение и описание кнопок
управления
|
Кнопки
|
Назначение
и описание
|
|
RUN
|
Выдача
команды старта
|
|
MOD
|
Изменение
режимов работы и установки параметров
|
|
SET
|
Установка
частоты и параметров
|
|
D / Ñ
|
Изменение
частоты вверх и вниз. Изменение значения программируемого параметра в режиме
программирования
|
|
FWD
|
Выбор
прямого направления вращения
|
|
REV
|
Выбор
реверсного направления вращения
|
|
STOP
RESET
|
Выдача
команды останова. Сброс при перезапуске после срабатывания защит
преобразователя
|
Таблица 4 - Назначение и описание световых
индикаторов
|
Индикаторы
|
Назначение
и описание
|
|
Hz
|
Горит
при индикации частоты на цифровом индикаторе
|
|
A
|
Горит
при индикации тока на цифровом индикаторе
|
|
RUN
|
Горит
при вращении вперед и мигает при реверсном вращении
|
|
MON
|
Горит
в режиме индикации
|
|
PU
|
Горит
при работе от пульта управления
|
|
EXT
|
Горит
в режиме внешнего управления
|
д) диапазон регулирования частоты выходного
напряжения, Гц;
е) закон частотного управления;
ж) диапазон изменения управляющего сигнала, В
или мА;
з) коэффициент полезного действия;
и) коэффициент мощности;
к) точность регулирования частоты выходного
напряжения, Гц;
л) габаритные размеры (высота, ширина, глубина),
мм;
м) масса, кг.
. Методы работы на лабораторной установке
Для обеспечения успешной и безаварийной работы
на лабораторной установке по исследованию систем электропривода переменного
тока студенты должны освоить выполнение следующих операций:
а) подготовка, включение и опробование работы
лабораторных стендов;
б) подготовка, включение и опробование работы
комплектных электроприводов переменного тока типа FR-Е 540.
Подготовка, включение и опробование работы
лабораторных стендов ЛС4 и ЛС5 производится в следующей последовательности:
а) подается напряжение для собственных нужд
лабораторных стендов с помощью автоматического выключателя QF4 в силовом пункте
СП2;
б) выбираются для выполнения работы лабораторные
стенды и производится включение сигнальных ламп с помощью тумблеров на щитах
контроля и управления рабочих лабораторных стендов;
в) подается силовое напряжение питания на
лабораторные стенды ЛС4 и ЛС5 с помощью автоматического выключателя QF2 в
силовом пункте СП1.
Подготовка, включение и опробование работы
комплектных электроприводов переменного тока типа FR-Е 540 производится в следующей
последовательности:
а) на рабочем лабораторном стенде с помощью
магнитного пускателя КМ4 (или КМ5) подается электропитание на преобразователь
частоты. Начинает работать вентилятор преобразователя частоты и загораются
цифровой и световые индикаторы;
б) с помощью тумблера «Пуск» на щите управления
подается команда «Вращение вперед». На цифровом индикаторе устанавливается
значение частоты, равное 5 Гц, и асинхронный двигатель начинает вращаться с
малой скоростью, соответствующей данной частоте;
в) с помощью кнопки «Больше» на щите управления
производится плавное увеличение частоты выходного напряжения преобразователя
частоты до значения 50 Гц. При этом скорость вращения асинхронного двигателя
плавно увеличивается до максимальной величины;
г) с помощью кнопки «Меньше» на щите управления
производится плавное уменьшение частоты выходного напряжения преобразователя
частоты до значения 5 Гц. При этом скорость вращения асинхронного двигателя
плавно уменьшается до минимальной величины;
д) производится повторение операций в
соответствии пунктам в и г. При этом необходимо задать 4 значения частоты
выходного напряжения преобразователя и произвести измерения активной мощности,
напряжения, тока и скорости вращения;
е) производится включение неуправляемого
выпрямителя ВН2 и подаётся напряжение на обмотки возбуждения генераторов
рабочих лабораторных стендов с помощью соответствующих автоматических
выключателей на щитах управления;
ж) производится повторение операций в
соответствии с пунктом д, но при работе преобразователей частоты под нагрузкой.
Для этой цели на каждой частоте вращения к выходу нагрузочного генератора
производится поочередное подключение ламп накаливания с помощью переключателей
на щитах управления. Затем нагрузочные лампы накаливания поочерёдно отключаются.
После завершения операций по опробованию работы
лабораторной установки и комплектного электропривода переменного тока типа FR-Е
540 производится их плановое отключение в следующей последовательности:
а) отключаются все лампы накаливания от
нагрузочного генератора;
б) частота выходного напряжения преобразователя
уменьшается до 5 Гц;
в) отключается напряжение питания обмоток
возбуждения генераторов;
г) отключается напряжение питания
преобразователей частоты;
д) снимается сигнализация работы лабораторных стендов;
е) выключается неуправляемый
выпрямитель ВН2;
ж) отключается напряжение питания
лабораторных стендов ЛС4 и ЛС5 с помощью автоматического выключателя QF2 в СП1;
з) отключается напряжение
собственных нужд лабораторных стендов с помощью автоматического выключателя QF4
в СП2.
. Выполнение лабораторной работы
Выполнение данной лабораторной
работы производится в следующей последовательности:
а) производится изучение конструкции
и принципа действия лабораторной установки и лабораторного стенда;
б) производится изучение устройства
и принципа действия комплектных электроприводов переменного тока типа FR-Е 540.
В отчете приводится схема внешних подключений преобразователя частоты;
в) производится изучение устройства
и принципа действия пульта управления FR-РА02 преобразователя частоты;
г) производится изучение методов
работы на лабораторной установке и выполняются все операции по подготовке,
включению и опробованию работы преобразователей частоты. В отчете приводится
описание выполняемых операций;
Результаты расчетов заносятся в ту
же таблицу, в которой находятся полученные экспериментальные данные.
По результатам экспериментов и
расчетов построить графики электромеханических ω = f(Iя) и
механических ω
= f(М)
характеристик замкнутой системы электропривода переменного тока.
. Результаты измерений
Определим скорость вращения
двигателя:
, (1)
где n - скорость вращения ротора,
об/мин; n = 30f.
Определим момент вращения:
. (2)
Скольжение определим по формуле:
. (3)
Полученные результаты занесли в
таблицы 5 и 6.
Таблица 5 - Холостой ход
электродвигателя
|
Частота,
Гц
|
P,
кВт
|
U,
В
|
I,
А
|
|
5
|
0,04
|
0
|
1
|
|
15
|
0,08
|
25
|
1
|
|
25
|
0,16
|
130
|
1,2
|
|
35
|
0,28
|
225
|
1,5
|
|
45
|
0,44
|
345
|
2,25
|
|
50
|
0,58
|
410
|
Таблица 6 - Работа электродвигателя под
нагрузкой
|
Частота,
Гц
|
P,
кВт
|
U,
В
|
I,
А
|
Iн
|
Uн
|
|
5
|
0,04
|
5
|
1
|
0,2
|
5
|
|
0,04
|
5
|
1
|
0,5
|
5
|
|
0,04
|
5
|
1
|
1
|
5
|
|
0,04
|
5
|
1,1
|
1,1
|
5
|
|
0,04
|
5
|
1,2
|
1,2
|
5
|
|
15
|
0,08
|
25
|
1,01
|
0,8
|
25
|
|
0,09
|
25
|
1,1
|
1,01
|
25
|
|
0,09
|
25
|
1,25
|
1,25
|
25
|
|
0,1
|
25
|
1,28
|
1,28
|
25
|
|
0,11
|
25
|
1,5
|
1,75
|
25
|
|
25
|
0,11
|
130
|
1,25
|
0,9
|
60
|
|
0,2
|
130
|
1,25
|
1,2
|
60
|
130
|
1,27
|
1,5
|
60
|
|
0,24
|
130
|
1,29
|
2
|
58
|
|
0,26
|
130
|
1,5
|
2,5
|
58
|
|
35
|
0,28
|
225
|
1,5
|
1
|
80
|
|
0,32
|
225
|
1,6
|
1,6
|
80
|
|
0,4
|
225
|
1,6
|
1,7
|
80
|
|
0,4
|
225
|
1,7
|
2,27
|
80
|
|
0,44
|
225
|
1,75
|
2,75
|
80
|
|
45
|
0,46
|
345
|
2,25
|
1
|
105
|
|
0,52
|
345
|
2,25
|
1,5
|
105
|
|
0,58
|
345
|
2,26
|
2,2
|
105
|
|
0,6
|
345
|
2,26
|
2,6
|
105
|
|
0,64
|
345
|
2,27
|
3
|
105
|
|
50
|
0,64
|
410
|
3
|
115
|
|
0,68
|
410
|
3
|
1,5
|
115
|
|
0,72
|
410
|
3
|
2
|
115
|
|
0,8
|
410
|
3
|
2,75
|
115
|
|
0,84
|
410
|
3
|
3,2
|
115
|
На рисунке 5 представлена механическая
характеристика электродвигателя
Рисунок 5 - Механическая характеристика
электродвигателя
На рисунке 6 представлена зависимость ω
= f(Iя)
Рисунок 6 - Зависимость тока якоря от скорости
вращения двигателя
. Контрольные вопросы
Конструкция и принцип действия лабораторной
установки
Конструкция и принцип действия лабораторных
стендов
Конструкция и принцип действия преобразователей
частоты FR-Е 540
Методика подготовки лабораторной установки к
работе
Методика включения и отключения лабораторной
установки
Методика включения и отключения преобразователей
частоты
Методика опробования работы лабораторной
установки
Методика опробования работы преобразователей
частоты
Методика проведения простейших исследований
статических характеристик преобразователей частоты
Основные технические данные преобразователей
частоты
Назначение входов-выходов преобразователей
частоты