Техническое описание автономного инвертора напряжения “Omron 3G3EV”. – OMRON Corporation, 1995

1 Техническое описание автономного инвертора напряжения “Omron 3G3EV”. – OMRON Corporation, 1995.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

Методические указания и лабораторная работа “Исследование внешнего управления инвертором “Omron 3G3EV””

Министерство образования Российской Федерации

Череповецкий металлургический колледж

Специальность 1806

Техническая эксплуатация,

обслуживание и ремонт

электрического и

электромеханического

оборудования в металлургии

Исследование внешнего управления инвертором “Omron 3G3EV

Методические указания и лабораторная работа

по дисциплине “Электрический привод”

для студентов III курса

Разработал Дробанов А.Ф.,

студент IV курса

Череповец

2000

Исследование внешнего управления инвертором “Omron 3G3EV

1 Цель работы: Изучить порядок перехода от управления инвертором со встроенного пульта к внешнему управлению. Проанализировать схему управления, разобраться в схемной реализации этого перехода. Реализовать на практике дистанционное задание выходной частоты инвертора по аналоговому входу.

2 Средства обучения

2.1 Оборудование: лабораторные стенды №6 и №7;

2.2 Методические указания к лабораторной работе, задание.

3 Краткие теоретические сведения

Частотные преобразователи “Omron” могут управляться не только со встроенной панели оператора, но и при помощи внешних управляющих воздействий, представленных дискретными и аналоговыми сигналами, которые подаются на соответствующие входы. Такой способ управления позволяет осуществлять дистанционный запуск, останов установки, производить установку направления вращения приводного двигателя и его частоты не только оператором, но также и при помощи средств промышленной автоматики. Это широко используется на современном производстве, где зачастую требуется осуществлять централизованное управление множеством электрических приводов.

На рисунке Б.1 показана принципиальная электрическая схема (стенд №6) для дистанционного управления инвертором.

1 – дискретный сигнал “Назад” от стенда №7; 2 – дискретный сигнал “Вперед” от стенда №7; 3 – общий дискретный вход; 4 – аналоговый сигнал на задание скорости от стенда №7; 5 – общий аналоговый вход.

Рисунок Б.1 – Электрическая принципиальная схема подключения инвертора для реализации внешнего управления (стенд №6).

Для перехода к режиму внешнего управления необходимо, прежде всего, сообщить инвертору, что сигналы управления (старт/стоп, направление вращения, задание на скорость) следует принимать с внешних входов. Функция выбора режима приемки внешних управляющих сигналов возложена на параметр (индикатор) “mode”. Ниже представлена таблица возможных его значений.

Таблица Б.1 – Режимы внешнего управления, задаваемые параметром “mode”.

DIP-ключи находятся под передней крышкой инвертора, в положении “OFF”.

В данной лабораторной работе используется режим “3”, т.е. режим внешнего управления, задаваемый параметром “mode”.

Управляющие входы инвертора подразделяются на дискретные и аналоговые. Задание направления вращения и команды “СТОП” и “ПУСК” подаются только с дискретных входов. Задание частоты вращения может происходить как в цифровой форме, так и в аналоговой. В данной схемной реализации применен аналоговый способ задания частоты (потенциальный) как более наглядный и простой. Он реализуется посредством потенциометра, с которого снимается сигнал 0-10 В и подаётся на вход “FR” (“FC” - общий).

Для реализации внешнего управления инвертором средствами стенда №6 необходимо перевести ключ “SA – I” в верхнее положение. На схеме стенда это соответствует замыканию “SA – I “C ” ” контактов. Из схемы на рисунке Б.1 видно, что такое переключение обеспечивает подачу питающего напряжения на катушки управляющих реле “KV1 - I” и “KV2 - I”, контакты которых коммутируют дискретные входы инвертора “SF” и “SR” с общим входом “SC”. Коммутация “SF - SC” обеспечивает прямой ход приводного двигателя, “SR - SC” – обратный ход, т.е. реверс. Так как одновременная подача сигналов на два дискретных входа приводит к ошибке и останову инвертора, то при работе одного из реле, отвечающих за выбор направления вращения, его контакты разрывают цепь питания реле, отвечающего за пуск инвертора в другую сторону.

Для реализации режима внешнего управления на стенде №6 не достаточно соответствующим образом запрограммировать инвертор, необходимо установить ключ “SA – I” на стенде в крайнее нижнее положение. “SA – I” замыкает цепь питания реле “K – I” и коммутирует одну из цепей аналогового входа инвертора. Реле “K – I” срабатывает, обеспечивая отключение ручного задатчика частоты (потенциометра) и подключая дискретные и аналоговые входы. Заметим, что ключ “SA – I” используется для коммутации одного из аналоговых входов из-за того, что у реле “K- I” всего четыре нормально-разомкнутых контакта. А для реализации режима внешнего подключения необходимо раздельно коммутировать пять входов.

Для запуска инвертора и его останова служит кнопочная станция. Задание направления вращения происходит путем подачи управляющего напряжения на вход соответствующего реле. Один из его нормально-разомкнутых контактов обеспечивает самоподхват.

Для отработки управления инвертором с помощью контроллеров используется подключение “Ремиконт Р-122” согласно схеме (смотри рисунок Б.2).

ВБ – блок вентиляторов; 1 – дискретный выход “Назад”; 2 – дискретный выход “Вперед”; 3 – дискретный общий; 4 – аналоговый выход для задания скорости на стенд №6; 5 – общая шина ПК “Ремиконт”.

Рисунок Б.2 – Электрическая принципиальная схема стенда №7.

Контрольные вопросы

1. Какую функцию выполняет ключ “SA – I” на стенде №6?

2. Каким образом осуществляется переход от управления с пульта оператора к внешнему управлению?

3. Какими двумя способами может осуществляться задание частоты?

4. Какими двумя способами может осуществляться аналоговое задание частоты?

5. В чём преимущества аналогового задания частоты от цифрового?

6. К чему приведёт одновременная подача команд “Вперед” и “Назад”?

7. Какова точность аналогового задания?

4 Ход работы

4.1 Получить задание у преподавателя

4.2 Прочитать инструкцию по технике безопасности на рабочем месте

4.3 Произвести включение автомата “QF”на стенде №6.

4.4 Установить ключ “SA - I” в верхнее положение.

4.5 Исходя из знаний, полученных на лабораторных работах “1” и “2” запустить и подготовить к работе стенд №7.

4.6 Запустить АИН с внешних входов средствами стенда №6 (Кнопочная станция, аналоговый задатчик частоты (потенциометр)).

4.7 Когда двигатель, питающийся от инвертора, наберет скорость, нажать кнопку “Стоп” (на стенде), и сразу же за этим – кнопку “Назад”.

Обратить внимание на то, каким образом произойдёт реверс. Во время реверса проконтролировать выходной ток. Зафиксировать тот момент, когда он примет наибольшее значение.

4.8 Остановить инвертор.

4.9 Перевести стенд в режим приемки сигналов от регулирующего контроллера “Ремиконт – Р122” путём перевода ключа “SA - I” в нижнее положение.

При помощи заранее введенной программы в контроллер осуществить запуск и регулирование оборотов АД со стенда №7

4.11Осуществить реверс АД по таймеру.

Произвести остановку АД по поступлении дискретного сигнала на вход регулирующего контроллера.

Все нажатия кнопок, производимые на пульте инвертора и на пульте “Ремиконт Р-122” в ходе данной работы, отразить в отчете. Сделать вывод по работе. В выводе должна быть отражена тема и цель данной лабораторной работы.

Литература

1 Техническое описание автономного инвертора напряжения “Omron 3G3EV”. – OMRON Corporation, 1995.

2 “Контроллер регулирующий микропроцессорный Ремиконт Р – 110, Р – 112, Р-120, Р- 122”.- Техническое описание.

3 “Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля”. – Энергоатомиздат, 1991.

4

ДОКЛАД

“Проект лабораторного стенда по изучению частотного электропривода на базе автономного инвертора напряжения фирмы OMRON”.

В настоящее время на АО “Северсталь” происходит активное внедрение частотных преобразователей. Это объясняется тем, что частотное управление, реализуемое посредством автономных инверторов напряжения, позволяет решить целый ряд проблем, связанных с несовершенством существующих систем электрического привода.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили следующие типы двигателей: АД с короткозамкнутым ротором, АД с фазным ротором, СД, ДПТ. На современном производстве существуют такие технологические процессы, которые требуют глубокого регулирования скорости, её постоянства в течение определенного времени и высокой перегрузочной способности электрической машины. ДПТ наиболее полно отвечает всем этим требованиям, но имеет существенный недостаток – коллектор. Коллекторные машины критичны к большим пусковым токам (круговой огонь) и их коллектор подвержен подгоранию, истиранию и загрязнению, в металлургических же цехах зачастую присутствует и металлическая и угольная пыль, что отрицательно влияет на срок службы двигателей. АД с фазным ротором имеет значительный диапазон регулирования скорости, но реализация её регулирования не отличается экономичностью – на активных сопротивлениях, вводимых в ротор, происходят ненужные потери энергии. Кроме того, контактные кольца и щётки тоже подвержены износу, что приводит к вынужденным материальным затратам и потере рабочего времени на ремонты.

СД отличается достаточно высоким КПД, но запуск его осложнен тем, что прямое включение в сеть СД приводит к резким броскам тока и напряжения, что при большой мощности машины очень отрицательно сказывается на форме сетевого напряжения. Синхронные машины при перевозбуждении компенсируют реактивную мощность индуктивной нагрузки (АД) и имеют очень стабильную скорость, не зависящую от нагрузки, но при превышении критического момента машина выпадает из синхронизма, что приводит к броскам потребляемого тока и напряжения. АД с короткозамкнутым ротором не содержит роторной обмотки, которая была бы сильно подвержена динамическим и температурным воздействиям, что объясняет самую низкую аварийность этих электрических машин. АД могут выполняться даже в герметичном исполнении, что позволяет использовать их во взрывоопасных средах. К недостаткам АД можно отнести то, что при пуске его момент не может составлять 100 % из-за того, что индуктивное сопротивление стержней ротора больше активного (S1).

Если посмотреть на схему замещения АД, то можно сделать вывод, что у асинхронного электродвигателя момент не может являться максимальным в диапазоне скоростей 0 – max, т.к. зависит от соотношения активного и реактивного сопротивлений ротора, которые также зависят от скольжения.

Исходя из этого мы приходим к выводу, что для поддержания момента на постоянном уровне в течение всего разгона необходимо сделать так, что бы соотношение активного и реактивного сопротивлений ротора было постоянным. Соотношение может быть изменено либо увеличением активного (как в АД с фазным ротором) так и уменьшением реактивного сопротивления. Известно, что реактивное сопротивление индуктивности уменьшается со снижением частоты, активное же сопротивление в случае машины с короткозамкнутым ротором не изменяется (очень мал скин-эффект ввиду относительно малой частоты тока в обмотке). Поэтому поддержание максимального момента при разгоне может быть реализовано путем плавного изменения частоты. Такой метод управления асинхронной машиной называется частотным управлением. Он реализуется методом широтно-импульсной модуляции напряжения цепи постоянного тока автономного инвертора.

Одним из важных параметров инвертора является несущая частота ШИМ. От этой частоты зависит качество кривой тока двигателя, и чем выше синусоидальность, тем меньше помех в радиодиапазоне тем меньше потери на гистерезис и вихревые токи в магнитной системе машины.

Для создания синусоидально-подобной кривой тока используется изменение ширины импульсов в сторону увеличения от начала до середины полупериода, затем следует уменьшение ширины каждого импульса, и, наконец, изменение полярности выходного напряжения. Для увеличения величины выходного напряжения происходит лишь пропорциональное увеличение ширины импульсов. Этот метод изменения выходного напряжения называется методом широтно-импульсного регулирования. Метод широтно-импульсной модуляции позволяет получить высокую синусоидальность. В дорогих моделях инверторов, предназначенных для использования с электродвигателями большой мощности используется также метод векторного управления. Суть этого метода состоит в том, что инвертор получает от двигателя четыре параметра:

Напряжение на зажимах

Выходной ток

Угловую частоту

Положение ротора.

На основании этих параметров происходит построение математической модели электрической машины в микропроцессорном блоке инвертора, определяется необходимый сдвиг между током и напряжением, что позволяет работать с cos  = 1 во всем диапазоне выходных частот инвертора. Cos  =1 позволяет получить максимальный момент даже на низких частотах, а при использовании инвертора для питания двигателя с вентиляторной нагрузкой инвертор выбирает минимально возможный рабочий момент путем снижения выходного напряжения, что позволяет экономить электроэнергию.

В последних моделях инверторов возможен также режим, когда не используется ни тахогенератор, ни сельсин. Построение математической модели происходит по двум параметрам: по току и напряжению на выходных зажимах инвертора. Такой способ векторного управления требует высокого быстродействия процессорного блока инвертора. Серия EF обладает такими возможностями.

Инверторы также имеют преимущество перед тиристорными преобразователями, так как не потребляют реактивную мощность из питающей сети.

Таким образом, асинхронный двигатель, при его использовании с частотным преобразователем, является лучшей системой привода. Лидером в производстве автономных инверторов является фирма “Omron”, т.к. её преобразователи имеют большую гибкость в управлении и надежность.

Именно поэтому АО “Северсталь” в настоящее время активно внедряет эти частотные преобразователи на производство (наряду с инверторами “Siemens”), причем в настоящее время инверторы начинают внедряться даже в коммунальную сферу (насосы).

Из – за широкого распространения инверторов необходимо обучать специалистов, выпускаемых из колледжа и частотному приводу. До настоящего времени выпускники имели только теоретические знания по частотному приводу. С пуском комплексного стенда станет возможным проводить лабораторные работы по дисциплине “Электрический привод” в полном объеме, соответствующем современным требованиям к выпускаемым специалистам. В настоящий момент возможно проведение лабораторных работ на стенде №6. Завязка стендов №6 и №7 по управляющим входам является задачей для дальнейшей работы. Стенды для проведения лабораторных работ в колледже располагаются в лаборатории электропривода. Лабораторные указания для проведения двух лабораторных работ, разработанные в ходе данного дипломного проекта, представлены в приложениях “А” и “Б”.

Комплексный стенд предназначен для получения первичных практических навыков по программированию частотного привода и его управлению перед выходом на практику студентов колледжа. Комплексный стенд состоит из стендов №6 и №7.

Стенд №6, основой которого является автономный инвертор напряжения фирмы “Omron”, позволяет отрабатывать вопросы управления инвертором с его встроенного пульта и с внешних управляющих входов: с двух дискретных входов (для задания направления вращения) и с одного аналогового (для задания скорости).

Стенд №7, базирующийся на программируемом контроллере “Ремиконт Р-122”, позволяет получать практические навыки по программированию ПК “Ремиконт” и по управлению внешними устройствами, например, стендом №6 или любым другим. Планируется также связать все контроллеры, находящиеся в лабораториях колледжа в сеть посредством программного обеспечения “Trace Mode”. Это также является направлением для дальнейшей работы.

В результате дипломного проекта был разработан и внедрен комплексный лабораторный стенд по изучению частотного электропривода на базе автономного инвертора напряжения фирмы “Omron”.

Также в результате дипломного проекта, кроме двух приложений с методическими указаниями для лабораторных работ, был произведен расчёт капитальных затрат на внедрение комплексного стенда. Капитальные затраты составили 50 тыс. рублей, затраты на эксплуатацию – 9