Электропривод Буровой Лебедки 0200 000000 023ПЗ

5 Экспериментальное исследование системы преобразователь-двигатель-буровая лебедка

 

Для экспериментальной реализации системы преобразователь-двигатель-буровая лебедка будем использовать универсальный лабораторный комплекс.

5.1 Описание лабораторного комплекса.

5.1.1 Назначение.

Лабораторный комплекс «Электрические машины и основы электропривода»  предназначен для обучения студентов  различных специальностей средних  специальных и высших учебных  заведений, изучающих дисциплины «Электрические машины», «Теория электропривода», «Автоматизированный электропривод», «Системы управления электроприводов». Комплекс может быть использован также для обучения учащихся профессионально-технических училищ и слушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации инженерно-технических работников

5.1.2 Состав комплекса.

В состав комплекса входят:

• каркас;
• модули (11 шт);
• электромашинный агрегат;
• персональный компьютер (ПК) (для комплекса с компьютерным управлением).

Общий вид лабораторного комплекса  представлен на рис. 5.1.

5.1.3 Технические характеристики комплекса.

Электромашинный агрегат комплекса состоит из:

• машины постоянного тока с обмоткой независимого возбуждения 
  (с номинальной мощностью скоростью вращения 180 Вт  1500 мин^-1);
• асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (с номинальной мощностью скоростью вращения 370 Вт  1380 мин^-1);
• импульсного датчика скорости.

Более полные данные на электрические  машины приведены  
в приложении Б.

Таблица 5.1 – Технические характеристики комплекса:

 

Электропитание от сети, В	трехфазное 380 В
Частота питающего напряжения	50 Гц
Потребляемая мощность	не более 750 ВА
Габаритные размеры (без ПК) – длина – высота – ширина	1055 мм 800 мм 450 мм
Масса	не более 120 кг
Диапазон рабочих температур	+10…35 °С
Влажность	до 80%

 

Рисунок 5.1 – Общий вид лабораторного комплекса

5.1.4 Основные модули.

5.1.4.1 Тиристорный преобразователь постоянного тока.

Тиристорный преобразователь постоянного  тока обеспечивает преобразование переменного  напряжения (220 В) в регулируемое постоянное (0–220 В). ТП представляет собой реверсивный преобразователь  
с возможностью рекуперации энергии в сеть.

Модуль ТП (рисунок 5.2) может работать в двух основных режимах: собственно преобразователь и как источник задания нагрузки (нагрузочная машина). В первом случае выполняется преобразование маломощного сигнала управления, подаваемого на вход, в пропорциональное выходное напряжение. Во втором случае управление ТП выполняется с помощью ручек потенциометров RP1 («n») и RP2 («М») позволяющих отдельно регулировать задание по скорости и моменту машины постоянного тока.

Рисунок 5.2 – Модуль тиристорный преобразователь постоянного тока

5.1.4.2 Преобразователь частоты.

Преобразователь частоты обеспечивает преобразование переменного трехфазного напряжения (380 В) в трехфазное напряжение с регулируемыми значениями напряжения и частоты. Преобразователь частоты содержит неуправляемый выпрямитель и автономный инвертор. ПЧ обеспечивает регулирование скорости вращения асинхронного двигателя при постоянном потоке U/f=const или векторное управление.

Рисунок 5.3 – Модуль частотного преобразователя

Модуль преобразователя частоты (рисунок 5.3) содержит:

• преобразователь частоты UNI1401 с двухстрочным дисплеем  
  и кнопками ввода параметров;
• силовые клеммы подачи трехфазного входного напряжения А, В и С  
  и снятия выходного напряжения А1, В1 и С1;
• силовые клеммы высокого напряжения постоянного тока: «+» и «–»;
• клеммы маломощных аналоговых сигналов управления преобразователя (XS2 – Вход 1, XS4 – Вход 2, XS6 – Вход 3);
• клеммы XS8 и XS9 выходных аналоговых сигналов, пропорциональных соответственно частоте вращения и моменту асинхронного двигателя;
• потенциометры аналоговых сигналов задания RP1 и RP2  
  и сопротивления терморезистора;
• кнопку SB 1 «Сброс» для сброса ошибки;
• переключатели SA1 (направления вращения), SA2 (выбора управления) и SA3 (подачи разрешения на работу);
• разъемы XR1 для подключения персонального компьютера  
  для программирования преобразователя с помощью программного обеспечения «Unisoft» и XR2 для подключения импульсного датчика скорости  
  при получении замкнутой системы.

Настройка ПЧ осуществляется с помощью  пульта управления (кнопочной панели преобразователя) или от персонального компьютера с помощью программного обеспечения. Интерфейс программного управления электроприводом показан в приложении Д.

5.1.4.3 Силовой модуль.

Силовой модуль (рисунок 5.4) разделен на четыре блока:

• асинхронный двигатель;
• датчики тока и напряжения;
• двигатель постоянного тока;
• датчик скорости;

Измерение основных силовых напряжений и токов можно выполнить  
с помощью датчиков тока (ДТ) и напряжения (ДН), имеющих гальваническую развязку цепей до 2 кВ. Выходные напряжения датчиков позволяют использовать их в реальном масштабе времени для осциллографирования  
и индикации данных персональным компьютером с помощью приставки осциллографа или платы аналогового ввода-вывода.

Рисунок 5.4 – Силовой модуль

В лабораторном комплексе имеются  встроенные датчики в силовые  цепи модулей тиристорного преобразователя и тиристорного регулятора. Кроме этого датчики тока и напряжения со свободными входными силовыми клеммами имеются в силовом модуле и модуле универсального измерителя.

В стенде используется импульсный датчик скорости. Для представления его в аналоговом виде в силовой модуль установлена плата преобразователя частота-напряжение (ПЧН) выполняющего преобразование частоты вращения  
в аналоговое напряжение с коэффициентом К_пчн = 5 мВ∙мин/об (7,5 В  
при n = 1500 мин^-1). Значение частоты вращения в мин^-1 выведено  
на индикаторе силового модуля.

5.1.4.4 Модуль питания.

Данный модуль (рисунок 5.5) обеспечивает питанием модули частотного  
и тиристорного преобразователя. В котором есть источники переменного напряжения (380 В и 220 В), а также источник постоянного напряжения (В). Для защиты электрооборудования есть автоматический выключатель QF2

Рисунок 5.5 – модуль питания

5.1.4.5 Модуль ввода-вывода.

Схема модуля ввода-вывода изображена на рисунке 5.6

Рисунок 5.6 – модуль питания

В лабораторном комплексе используется плата аналогового ввода-вывода вместе с программным обеспечением «L-Graph». В составе стенда плата  обеспечивает ввод до 8 аналоговых сигналов c диапазонами 0…±10 В. Также модуль умеет работать с цифровыми сигналами.

Для осцилографирования переходных процессов  в лабораторном комплексе на базе пакета «LabDrive» применяется программное обеспечение для выполнения лабораторных работ.

5.2 Экспериментальная реализация системы

 

Для проведения эксперимента, соберем схему, указанную  
в приложении Б. В данной схеме, связка АД–частотный преобразователь выполняют роль статической нагрузки на валу исследуемого ДПТ с ТП.  
Для этого в частотном преобразователе имеется макрос регулирования момента.

5.2.1 Подготовка к эксперименту, проверка тиристорного и частотного преобразователя.

Проверка работы частотного преобразователя и АД.

• установить переключатели и потенциометры модуля  
  в исходныеположения: переключатель SA3 «Разрешение» – в «0», переключатель SA1«Направление вращения» – в среднее положение, потенциометры RP1 и RP2 – внулевые положения, переключатель SA2 «Управление» в положение«Локальное»;
• включить автомат QF2 модуля питания. При этом включится вентилятор преобразователя, на дисплее появятся сообщения о режимах работы;
• установить заводские параметры настройки преобразователя. Для этого установить значение параметра 0.00 равным 1233 и нажать кнопку SB1 «Сброс»;
• используя каталожные данные на асинхронный двигатель (приложение Б ), ввести в преобразователь параметры двигателя:

0.42 – число полюсов;

0.43 – коэффициент мощности (можно не вводить);

0.44 – номинальное напряжение (ввести напряжение 220 В);

0.45 – номинальная скорость (об/мин);

0.46 – номинальный ток;

0.47 – номинальная частота;

• выполнить самонастройку привода: переключить тумблер SA3 
  «Разрешение» в положение «1», установить параметр 0.40 в «1»,  
  после того как дисплей перейдёт в режим индикации нажать кнопку SB1 «Сброс», двигатель совершит несколько оборотов вала и параметр 0.40 автоматически установится в нулевое значение, переключить тумблер «Разрешение» в положение «0»;
• после проведения самонастройки преобразователя проверить параметры 0.42-0.47;
• сохранить новые измененные значения параметров. Для этого установить в параметр 0.00 значение 1000, нажать кнопку «М» на кнопочной панели и далее кнопку SB1 «Сброс» – измененные параметры будут запомнены (при этом параметр 0.00 установится в 0);
• используя панель управления частотным преобразователем, в параметр 0.00 вводим код макроса регулирования момента – 2004, после чего нажимаем кнопку M, а потом кнопку «Сброс». При загруженном макросе частотный преобразователь разгоняет АД до скорости в 1500 мин^-1, а потенциометром RP1, регулируется момент, создаваемый на Валу АД

Проверка работы тиристорного преобразователя и ДПТ.

Установить в исходные положения переключатели и потенциометры ТП:

• переключатель SA1 «Разрешение» в нижнее положение (запрет работы);
• переключатель SA2 в положение «НМ»;
• переключатель SA3 в среднее положение;
• потенциометры RP1 и RP2 в нулевое положение;
• включить автоматы QF1 и QF2.

Опробование работы ДПТ,. После включения  тумблера «Сеть» по цепи возбуждения  ДПТ протекает ток 1в. Если он отсутствует, то следует найти причину его  отсутствия и устранить ее. Включить разрешение SA3 в положение «Вперед», потенциометры RP1 и RP2 в нулевом положении, дать разрешение на работу ТП – включить SA1 в верхнее положение и перевести потенциометр RP2 в максимальное положение. Плавно перемещая движок потенциометра RP1 «Скорость» ТП, наблюдать вращение ДПТ, индикацию тока 1я и частоты вращения ю. Запомнить направление вращения. Движок RP1 плавно переместить на нулевую отметку. Переключить переключатель SA3  
в положение «Назад» и вновь, плавно перемещая движок потенциометра RP1 «Скорость» ТП, наблюдать разгон и вращение ДПТ в противоположную сторону. Плавно вернуть движок RP1 ТП на нулевую отметку. Включить разрешение SA3 в среднее положение, потенциометр RP2 перевести в нулевое положение и выключить SA1. Выключить QF2

5.2.2. Выполнение эксперимента.

Запустим в преобразователе частоты макрос регулирования момента,  
для этого нужно установить в параметр 0.00 значение 2004, нажать кнопку «М» на кнопочной панели и далее кнопку SB1 «Сброс». Для запуска, нужно переключить тумблер «Разрешение» в положение «1», нажать кнопку SB1 «Сброс» и при появлении надписи на дисплее «run», тумблером SA1«Направление вращения» выбрать направление «Назад». Далее  
через панель управления выбираем параметр 0.25 и потенциометром RP1 задаем момент 80% от номинального момента АД, при этом АД вращается  
с частотой 1500 мин^-1. Потом останавливаем АД установкой тумблера SA1  
в среднее положение.

Запускаем ТП, для этого переключатель SA1 «Разрешение» в верхнее положение, переключатель SA2 в положение «НМ», переключатель SA3  
в положение «Вперед»; потенциометром RP2 выбираем, требуемый момент  
на ДПТ, а потенциометром RP2 увеличиваем напряжение преобразователя  
до номинального. При этом скорость на датчике скорости больше номинальной.

Далее останавливаем ДПТ переключателем SA3 в среднее положение.  
На ПК запускаем программу «L-Graph» для осцилографирования и повторяем однозонное регулирование, описанное в разделе 4, для этого в программе выбираем раздел «Регистратор», устанавливаем требуемые каналы (1,2 и 3) для сбора данных, устанавливаем требуемое количество отсчетов, в соответствии  
с временем 10 с. Теперь запускаем сбор данных и сразу же включаем переключатель SA3 в положение «Вперед» и через 3 с подключаем нагрузку  
к исследуемому ДПТ, для чего тумблер SA1 «Направление вращения» переключаем в положение «Назад». После окончания сбора данных останавливаем все двигатели, в программе выбираем раздел «Гляделка»  
и открываем в нем файл с нашими измерениями. Результаты осцилографирования  представлены в приложении В.

5.3 Оценка полученных результатов

 

Для оценки полученных результатов используем выбранную математическую модель из разд. 4. Для этого рассчитаем ДПТ от стенда по формулам (4.7) – (4.14), и с моделируем проведенный эксперимент.

Таблица 5.2 – Результаты расчета  для модели ДПТ.

 

Параметр	Результат
Lаf, Гн	4,6875
LВ, Гн	0,6771
LЯ, Гн	158,7520
J, кг·м2	0,0862
Tf, Н·м	0,0478
Bm, Н·м·c	0,0003

 

На рисунках 5.7 и 5.8 приводятся кривые переходных процессов полученные с рассчитанной модели ДПТ.