Описание принципа работы частотного преобразователя Vacon

3.4 Описание принципа работы частотного преобразователя Vacon.

 

В основе частотного преобразователя Vacon лежит технология векторного управления без обратной связи, связанная с адаптивной моделью двигателя и специализированной интегральной схемой. Работа математической модели двигателя базируется на данных о величине тока, измеряемого в каждой фазе и уровня рабочего напряжения, выдаваемого цепями блока управления. В модели автоматически идентифицируются параметры электродвигателя, как для бездатчикового векторного режима, так и для скалярного управления, при этом отслеживаются текущие изменения параметров во времени. Векторное управление основывается на системе координат вектора потока статора, которая слабо восприимчива к небольшим отклонениям в измерениях показателей и параметров двигателя, что упрощает расчёты. Цепи блока управления также осуществляют контроль за обменом информацией по внутренним шинам и отдельными внешними функциями, тем самым высвобождая процессор для решения других задач.

Принцип работы преобразователя заключается в следующем: трёхфазный дроссель переменного тока с конденсатором промежуточного звена постоянного тока образует индуктивно-ёмкостной фильтр, который совместно с диодным мостом обеспечивает постоянное напряжение на входе инвертора на транзисторах IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором). Дроссель переменного тока фильтрует также высокочастотные помехи приходящие из сети в преобразователь и генерируемые преобразователем в сеть. Кроме того, он улучшает форму кривой тока, подаваемого на преобразователь.

Инверторный мост на транзисторах формирует симметричное трёхфазное напряжение регулируемое методом широтно-импульсной модуляции, подаваемого на электродвигатель. Мощность, потребляемая из сети является практически активной.

Блок прикладных функций и управления двигателем реализован с использованием микропроцессорных средств. Микропроцессор управляет двигателем в соответствии с замеренными значениями, уставками соответствующих параметров, а также управляющими командами, формируемыми цепями платы ввода-вывода и панелью управления. Блок прикладных функций в свою очередь выдаёт команды на блок управления двигателем, который определяет параметры коммутации транзисторов IGBT. Драйверы усиливают управляющие сигналы, обеспечивая коммутацию IGBT модулей.

Панель управления обеспечивает связь между оператором и преобразователем частоты. С помощью панели управления оператор может устанавливать параметры, читать информацию о состоянии оборудования и формировать управляющие команды.

3.5 Расчет и выбор коммутационных аппаратов, силовых кабелей, защиты и автоматики.

Для увеличения срока работы электродвигателей необходимо технически грамотно выбрать аппаратуру управления и защиты. Выбрать аппарат ─ это значит отобрать из многих однотипных аппаратов самый экономичный, технические данные которого полностью соответствуют условиям окружающей среды. Кроме этого, необходимо учитывать требования техники безопасности.

Методика выбора аппаратов управления и защиты установлена руководящими техническими материалами РТМ «Методика выбора элементов пускорегулирующей и защитной аппаратуры электроприводов машин». Согласно этому документу аппараты управления и защиты выбирают в зависимости от установленной мощности и режима работы электроприемника, условий внешней среды, технических требований и монтажного исполнения.

Выбор аппаратов защиты начинают с определения вида (принципа действия) защиты. Неправильный выбор вида защиты может способствовать интенсивному старению изоляции и сокращению срока службы электроприемников, возникновению пожаров, а так же поражению людей электрическим током.

Выбор автоматов управления (магнитных пускателей, контакторов, автоматических выключателей, рубильников) и защиты (предохранителей, автоматических выключателей, тепловых реле) производится по номинальному току нагрузки, номинальному напряжению и роду тока питающей сети. Чтобы предохранители и выключатели надежно защищали электроприемники и сети от коротких замыканий и перегрузок, они проверяются по номинальному току плавкой вставки и соответственно току срабатывания расцепителя. Кроме того, они должны быть проверены на селективность. Эксплуатационные требования и условия среды в месте установки аппаратов так же должны учитываться при их выборе.

Для управления электродвигателями длительного и повторно-кратковременного режимов работы рекомендуется применять магнитные пускатели и контакторы, обеспечивающие защиту их от перегрузки и нулевую защиту. Они предназначены для частых коммутаций рабочих токов и редких отключений при токах перегрузки. Длительная эксплуатация аппаратов обеспечивается в условиях не только включения, но и отключения пусковых токов. Для группы электродвигателей, служащих приводом одной машины или же ряда машин, осуществляющих единый технологический процесс, следует, как правило, применять общую аппаратуру управления, в остальных случаях каждый электродвигатель должен иметь отдельные аппараты управления и защиты.

При управлении из нескольких мест необходимо предусматривать аппараты (выключатели, переключатели), не дающие возможность дистанционного пуска механизма или линии, остановленных на ремонт. В случаях, когда оператор проектируемого механизма не сможет определить по состоянию аппарата управления, включена или отключена главная цепь электродвигателя, рекомендуется применять световую сигнализацию.

Аппараты управления следует располагать ближе к электродвигателям в местах, удобных для обслуживания. Если с места, где установлен аппарат управления электродвигателем, не виден приводимый им механизм и если этот механизм имеет постоянный обслуживающий персонал, необходимо предусмотреть следующие мероприятия для предотвращения несчастных случаев:

·     установку кнопки пуска электродвигателя непосредственно у механизма;

·     сигнализацию или звуковое оповещение о предстоящем пуске механизма;

·     установку вблизи электродвигателя и приводимого механизма аппаратов для аварийного отключения электродвигателя, исключающих возможность пуска.

Применение установочных автоматических выключателей рекомендуется в цеховых распределительных устройствах на щитах подстанций для защиты отходящих линий, если иные выключатели применять нельзя. Защиту электродвигателей от коротких замыканий рекомендуется осуществлять с помощью предохранителей или автоматических выключателей, а от перегрузок - с помощью тепловых реле.

Расчёт и выбор автоматического выключателя.

Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических цепей при аварийных режимах (КЗ и перегрузках), для редких оперативных переключений (три – пять в час) при нормальных режимах, а также для защиты электрических цепей при недопустимых снижениях напряжения.

В нашем случае роль автоматического выключателя сводится к защите преобразователя частоты со стороны питающей сети, т.к. все защиты электродвигателя (перегрузка, обрыв фазы, заклинивание, тепловая защита, защита от работы с недогрузкой, защита от сверхтока) реализуются и контролируются преобразователем.

Технические данные преобразователя частоты Vacon 18,5 CXL4:

Pном.пр……………………………………………………..18,5 кВт.

Iном.пр. ……………………………………………………… 42А

Uном……….………….………………………………………400В.

Найдем ток теплового расцепителя: Iт.расц..≥ Iном.пр.

Iт.расц. = 1,1*Iн [A];

Iт.расц. = 1,1*42 = 46,2 А

Кратность тока уставки автомата Iном.пр. / Iт.расц.:

К = 42 / 46,2 = 0,9.

По этим условиям выбираем по справочнику (с.604 Федоров) автоматический выключатель типа: АЕ2040.

Параметры выключателя:

Uн = 380 В

Iн = 50 А

 Iт.расц = 46,2 А .

Для питания частотного преобразователя по схеме необходимо выбрать магнитный пускатель.

Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором мощностью до 100кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и останова электродвигателя (нереверсивные пускатели); для пуска, останова и реверса электродвигателя (реверсивные пускатели). В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемые электродвигатели от перегрузок. Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока с прямоходовой магнитной системой.

Пускатели выбирают по следующим условиям:

Напряжение втягивающей катушки должно быть равно напряжению сети.

Номинальный ток пускателя должен быть больше или равным силе тока нагрузки.

Пускатель должен обеспечивать нормальные условия коммутации.

Исполнение и степень защиты должны соответствовать условиям окружающей среды.

Выбираем по таблице 3.6 (с.143 Коновалова) исходя из номинального тока преобразователя магнитный пускатель типа ПМЛ-3600 с параметрами:

Параметры пускателя:

Uн = 380 В.

Iн = 63 А.

Uкат. = 220В.

Пускатель на условия коммутации проверять не нужно, так как разгон двигателя осуществляется плавно и пусковые токи, характерные при прямом пуске отсутствуют.

Сетевой кабель и кабель для подключения электродвигателя выбираем в соответствии с руководством эксплуатации преобразователя и рекомендациями завода-изготовителя для подключения частотных преобразователей Vacon: кабели рассчитаны по номинальному току преобразователя.

По таблице руководства выбираем четырёхжильные экранированные медные кабеля с сечением 10 мм² ( КВВГэ - 4 *10).

Прокладка кабелей должна вестись как можно дальше от информационных кабелей связи, если такие применяются на производстве, для наименьшего наведения помех в них.

3.6.Конструкторская разработка

 

 В качестве конструкторской разработки необходимо разработать схему управления скребковым конвейером. Схема должна осуществлять дистанционное управление включением и выключением частотного преобразователя. В схему управления необходимо ввести потенциометр, позволяющий регулировать напряжение в необходимых пределах, которое подаётся на вход преобразователя для ручного регулирования скорости, а также миллиамперметр для индикации скорости электродвигателя на пульту управления оператора. Данная схема должна быть построена таким способом, чтобы исключить пуск двигателя, когда не выполнены ниже перечисленные условия:

• Переключатель местного и дистанционного управления не должен находиться в положении “0”

• Скребковый конвейер транспортирует кору на другой ленточный конвейер, поэтому, чтобы не произошло засыпания последнего, они должны быть сблокированны.

• Так же в схеме должно быть предусмотрено реле уровня коры в циклоне, которое в случае закупорки коры в последнем, отключает весь механизм.

• По «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) при наличии дистанционного управления электродвигателем какого-либо механизма вблизи последнего должен быть установлен аппарат аварийного отключения, исключающий возможность дистанционного или автоматического пуска электродвигателя до принудительного возврата этого аппарата в исходное положение.
• По ПУЭ вблизи электродвигателей, которые управляются дистанционно, должна быть предусмотрена звуковая и световая сигнализация для оповещения технологического персонала о том, что на данную электроустановку будет подано напряжение.
Разработанная схема представлена в графической части.