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

Энергетическую основу производства составляет электрический привод, технический уровень которого определяет эффективность функционирования технологического оборудования. Развитие электрического привода идет по пути повышения экономичности и надежности за счет дельнейшего совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления. Прогрессивным явлением в этом процессе является применение микропроцессора и микроЭВМ, позволяющих существенно расширить функциональные возможности автоматизированного электропривода и улучшить его технические и экономические характеристики.

Успехи в развитии полупроводниковой техники позволили широко использовать в металлургии регулируемые источники питания на базе тиристоров с бесконтактными системами автоматического управления. Мощность отдельных тиристорных преобразователей достигает десятков тысяч киловатт. Большая гибкость управления и широкие возможности в отношении полноты автоматизации обеспечиваются благодаря широкому применению интегральных аналоговых и дискретных устройств, вычислительной техники, унифицированных блочных систем регуляторов.

Электротехнические установки, машины, агрегаты, в частности дуговые, индукционные, плазменные, электронно-лучевые печи, автоматизированный электропривод, непосредственно участвуют в технологических процессах. От технического уровня, режима работы, условий эксплуатации электрооборудования зависит производительность, качество и себестоимость продукции, т.е. все основные показатели, характеризующие эффективность работы, как отдельных цехов, так и всего предприятия в целом. В этих условиях успех производственной деятельности инженера-металлурга существенно зависит от его готовности к выполнению целого ряда функций, касающихся грамотной эксплуатации электрооборудования цехов.

Расширение и усложнение выполняемых электроприводом функций, применение в нем новых средств управления требуют высокого уровня подготовки специалистов, занятых его проектированием, монтажом, наладкой и эксплуатацией. Они должны хорошо знать назначение и элементную базу отдельных узлов электропривода, их свойства и характеристики, уметь разбираться в схемах управления электропривода, определять его экономические показатели и выбирать его элементы.

1 Общая часть

1. Краткая история колледжа

Череповецкий металлургический колледж был основан в 1953 году сначала как вечерний строительный техникум со специальностью «Промышленное и гражданское строительство» по просьбе руководства «Череповецметаллургстрой» в связи с развернувшимся большим объёмом работ на строительстве Череповецкого металлургического завода и с потребностью в кадрах специалистов. В 1955 году при техникуме открыли дневное отделение по этой же специальности.

В том же году металлургический завод стал действующим предприятием, был получен первый чугун. А за тем ежегодно вводились в строй новые мощности. Росли соответственно и кадры завода. Необходимо отметить, что руководство завода уделяло большое внимание вопросу подготовки кадров. В 1959 году техникум был реорганизован в Череповецкий индустриальный техникум со специальностями: дневное отделение – «Промышленное и гражданское строительство»; вечернее отделение – «Электрооборудование промышленных предприятий и установок», «Производство стали», «Прокатное производство», «Оборудование заводов чёрной металлургии», «Промышленное и гражданское строительство».

В 1961 году в результате объединения индустриального техникума с консультационным пунктом при металлургическом заводе от московского заочного техникума тяжёлого машиностроения появился Череповецкий металлургический техникум с вечерним и заочным обучением. Вечернее отделение: «Электрооборудование промышленных предприятий и установок», «Производство стали», «Прокатное производство», «Оборудование заводов чёрной металлургии», «Промышленное и гражданское строительство». Заочное отделение: «Электрооборудование промышленных предприятий и установок», «Доменное производство», «Производство стали», «Прокатное производство», «Технология коксохимического производства», «Планирование на предприятиях металлургической промышленности».

В 1986 году при техникуме было открыто дневное отделение. Первый набор был 132 человека. Это были четыре группы по трём специальностям: две группы прокатчиков, одна – электриков и одна – механиков. Одновременно обучались работники металлургического и сталепрокатного заводов на вечернем отделении.

1.2 Современные направления работы

Череповецкий металлургический техникум с 1990 года стал именоваться колледжем. В настоящее время был приём на базе 9-ти классов дневного отделения по следующим специальностям:

0601 – «Экономика, бухгалтерский учёт и контроль»;

1105 – «Обработка металлов давлением»;

1701 – «Техническое обслуживание и ремонт промышленного оборудования»;

1806 – «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и

электромеханического оборудования»;

2101 – «Автоматизация технологических процессов и производств»;

2201 – «Вычислительные машины, комплексные системы и сети»;

2203 – «Программное обеспечение вычислительной техники и

автоматизированных систем»;

2504 – «Коксохимическое производство».

На базе 11-ти классов дневного отделения учатся студенты по специальностям 0601, 2201, 2203.

На вечернем отделении на базе 11-ти классов учатся студенты по следующим специальностям 0601, 1105, 1701, 1806, 2101, 2202, 2203.

Колледж уделяет большое внимание профильному обучению. По договору с Управлением образования Мэрии г. Череповца в средних школах 13, 20, 19, 30, 32 созданы специализированные классы. В лабораториях и компьютерных классах колледжа ученики 7-х и 8-х классов обучаются основам информатики и вычислительной техники, черчению (компьютерная графика), трудовому обучению (микроэлектроника у мальчиков и изучение языков программирования у девочек). Данная подготовка школьников позволяет колледжу успешно внедрять в учебный процесс новые поколения учебных классов и программ, отражающих современное состояние науки и техники.

При колледже организуются подготовительные семи-, пяти- и трёхмесячные курсы для учащихся 9-ых и 11-ых классов для поступления. Также колледж заключает договоры со школами города о том, что результаты школьных выпускных экзаменов для желающих поступить в колледж засчитываются как вступительные.

Колледж работает и с высшими профессиональными учебными заведениями. При колледже работает учебно-консультационный пункт Вологодского политехнического института. На заочное отделение принимаются выпускники техникумов и колледжей для получения высшего образования. Установочные сессии и экзамены организуются при колледже. Обучение происходит по следующим специальностям: 2101 «Автоматизация и управление технологических процессов и производств», 1201 «Технология машиностроения», 0608 «Экономика и управление в металлургии».

В настоящее время заключён договор с Череповецким государственным университетом о продолжении обучения выпускников колледжа в вузе по специальностям 1806 и 2101.

По договору с Финляндией каждый год колледж отправляет нескольких студентов учиться в средних профессиональных учебных заведениях города Раахе с возможностью продолжить обучение в вузах финского города металлургов, найти там применение полученных знаний и умений.

Колледж очень тесно сотрудничает с базовым предприятием ОАО «Северсталь». Существует целевая подготовка специалистов на основе трёхсторонних договоров «студент – колледж – предприятие» (очно-заочная форма обучения). Дисциплины по выбору, дисциплины из резерва времени, факультативные дисциплины рекомендуются для изучения базовым предприятием, тем самым, отвечая требованиям заказчика, раскрывая специфику учебного заведения и реализуя региональный компонент образования. Профилирующие и специальные дисциплины, включённые в рабочие планы специальностей, предлагаются также ОАО «Северсталь» и ориентируются на практическое обучение студентов. Практика – технологическая, преддипломная и на завершающем этапе перед дипломным проектированием – проходит в цехах предприятия. Базовое предприятие постоянно снабжает колледж программными разработками и необходимыми прикладными программами, вычислительной техникой и другими техническими средствами обучения. Что касается дипломного проектирования, то ОАО «Северсталь» помогает в выборе тем, рецензировании. Необходимо отметить, что в последнее время повысилось качество дипломных проектов и работ в отношении использования вычислительной техники при разработке; достаточно большой их процент рекомендуется и внедряется в производство.

В городе работает отдел платных услуг колледжа, где для учащихся 1-11 классов организованны курсы пользователей персональных компьютеров, информатики и вычислительной техники, изучаются различные прикладные программы и языки программирования.

С каждым годом в колледже обучается всё больше и больше студентов. Первый набор насчитывал всего 98 человек (3 группы). В 1954 году добавились ещё три группы, и число учащихся увеличилось до 190. А в 1956 году в стенах колледжа обучалось уже 400 человек. За время своего существования колледж подготовил более 8 тысяч специалистов.

Таким образом, колледж ориентируется на постоянно растущие потребности города и ОАО «Северсталь» в кадрах, тем самым, развиваясь и становясь крупным учебным заведением города. На сегодняшний день Череповецкий металлургический колледж является единственным средним специальным учебным заведением в Вологодской области по подготовке специалистов со средним профессиональным образованием для металлургической промышленности.

Специалисты, выпускаемые колледжем по всем специальностям, отвечают квалификационным характеристикам и требованиям базового и повышенного уровня подготовки. Выпускники показывают хорошие знания, связанные с применением компьютерной техники, использованием её в производственных целях. Высокий процент трудоустройства говорит о хорошем качестве подготовки и конкурентоспособности выпускников колледжа на рынке труда, а также об удовлетворении колледжем запроса города и области о специалистах.

1.3 Назначение и применение частотных преобразователей “Omron”

Частотные преобразователи “Omron” предназначены для регулирования частоты вращения вала АД в широких пределах. Фирма “Omron” предлагает широкую линейку моделей, способных эффективно работать с двигателями от 100 Вт до 300 кВт.

Частотные преобразователи “Omron”, получившие широкое распространение, являются инверторами напряжения, хотя фирма выпускает ещё также и инверторы тока. Это объясняется тем, что инверторы напряжения могут работать в многодвигательном приводе, и, самое главное, имеют более широкий диапазон изменения выходной частоты. Последнее обстоятельство открывает дорогу данным устройствам не только в производственную, но и в коммунальную сферу, где, например, нагрузка на водопровод крайне неравномерная. Частотные преобразователи помогают эффективно решить проблему необоснованного перерасхода – когда давление в трубах нормализуется, инвертор автоматически снижает момент на валу насоса, экономя при этом до 30 % энергии.

1.4 Принцип работы инвертора

1.4.1 Принцип широтно-импульсного (ШИМ) управления и формирования выходного напряжения в электроприводах асинхронных двигателей

U, f – входные напряжение и частота; OUTA – аналоговый выход; OUTD – цифровой выход; INA - аналоговый вход; IND – цифровой вход; УПР – внешнее управление; ПДУ – пульт дистанционного управления; ДУ – дистанционное управление; АД – асинхронный двигатель; ПЧ – преобразователь частоты; СУ – система управления; ПУ – пуль управления; БВ – блок включения управления тиристоров; В (УВ) – выпрямитель (управляемый выпрямитель);

ФИ – усилитель – формирователь; БТ – блок тормозной; Ф_1,Ф₂,Ф₃ – фильтр; ПКА – блок выходных программ; ВБ – блок вентиляторов; ИП – многоканальный источник питания; Д – блок датчиков; ДН, ДТ – блок защит; МК – программный микроконтроллер; ДЧВ – датчик частоты вращения; РА – блок линейной автоматики; ИРПС – каналы интерфейсной связи.

Рисунок 1 – Функциональная схема инвертора с векторным управлением.

В – выпрямитель; L_d – дроссель фильтра Ф (см. рисунок 3); I_d– активная составляющая тока фильтра; C_d – ёмкость фильтра; U_d – напряжение фильтра; ω^* - задание на входе инвертора; F^* , U^*- частота и значение выходного напряжения соответственно, согласно V/f – характеристике; САР – система автоматического регулирования; СУИ ШИМ – система управления широтно-импульсной модуляцией; АИН ШИМ – автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией.

Рисунок 2 – Упрощённая функциональная схема АИН.

C_d – ёмкость входного фильтра;V₁- V₆ – IGBT – транзисторы; Д₁-Д₆ – диоды; АД – асинхронный двигатель.

Рисунок 3 – Электрическая схема инвертора на IGBT – транзисторах.

Рисунок 4 – Формы кривых напряжения и тока на выходе АИН.

Рисунок 5 – Базовые коммутационные векторы инвертора.

U_d– напряжение в цепи постоянного тока АИН; A,B,C – сопротивления фаз АД.

Рисунок 6 – Цепи протекания тока в течение периода повторяемости при ШИМ.

U_пр – промежуточный вектор;U₁ – проекция промежуточного вектора на основной; i– угол промежуточного вектора.

Рисунок 7 – Промежуточный вектор в системе базовых.

АИН обладает характеристиками источника напряжения, его выходным регулируемым параметром является напряжение на зажимах АД. Современные АИН выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов - запираемых GTO-тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. Рассмотрим 3-х фазную мостовую схему (смотри рисунок 3). Классификационные признаки схемы – наличие ёмкостного входного фильтра C_d и включенных встречно-параллельно управляемым ключам V₁ – V₆ диодов обратного тока Д₁ – Д₆. За счёт поочередного переключения вентилей V₁ – V₆, постоянное входное напряжение U_d преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение.

Регулирование выходного напряжения АИН можно осуществлять двумя способами: амплитудным (АР) за счёт изменения величин входного напряжения U_d и широтно-импульсным (ШИМ) за счёт изменения программы переключения вентилей V₁ – V₆при U_d - const.

Через управляемые ключи V₁ – V₆ протекает активная составляющая тока АД, через диоды Д₁ – Д₆ – реактивная составляющая тока АД. Конденсатор фильтра является источником реактивной мощности, потребляемой АД, через него замыкается переменная составляющая входного тока инвертора.

Специальный алгоритм ШИМ управления АИН осуществляет кроме регулирования также улучшение гармонического состава выходного напряжения, что обеспечивает высокую степень синусоидальности тока АД.

ЭП на основе ПЧ на основе АИН ШИМ содержит неуправляемый диодный силовой выпрямитель В и АИН ШИМ (смотри рисунок 2). Регулирование гармоник f₁ и величины выходного напряжения U₁ осуществляется в АИН за счёт использования алгоритмов высокочастотного ШИМ-управления. Частота ШИМ обычно составляет от 2 до 12 кГц, т.е. на порядок превосходит выходную частоту АИН.

Форма кривой выходного напряжения при этом представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (смотри рисунок 4). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока – тока АД практически синусоидальна.

К силовым ключам АИН ШИМ предъявляются требования высокого быстродействия и малых динамических потерь.

В тормозном режиме ЭП АИН из режима инвертирования переводится в режим выпрямления (работает мост диодов обратного тока, через управляемые ключи подводится энергия возбуждения АД). Полярность напряжения на входе АИН сохраняется, а ток меняет своё направление. Поэтому для реализации тормозного режима приведенная схема ЭП должна быть дополнена силовыми элементами – либо обратным управляемым выпрямителем (работает в режиме зависимого сетевого инвертора) для регенерации энергии в сеть, либо управляемым ключом (блок БТ на рисунке 1) и тормозным резистором в цепи постоянного напряжения для осуществления электродинамического торможения.

В режиме U_d = const регулирование значения и изменение формы выходного напряжения возможно только путем трансформирования вида коммутационной функции методами широтно-импульсного регулирования (ШИР) и широтно-импульсной модуляции (ШИМ), требующих использования более сложных алгоритмов переключения с многократным переключением вентилей. Многократность предполагает многократный переход из проводящего состояния в закрытое и обратно вентилей, участвующих в протекании тока из цепи постоянного напряжения АИН в фазы АД в течение периода повторяемости (смотри рисунок 6). Для этих целей ШИР, в качестве дополнительного, используется переключение, переводящее АИН в одно из нулевых состояний (1,3,5 или 2,4,6).

Это приводит к появлению нулевых пауз на соответствующих интервалах коммутационной функции и обеспечивает регулирование действующего значения выходного напряжения в диапазоне от “0” до “max”.

Для более сложных алгоритмов управления, основанных на применении широтно-импульсной модуляции ШИМ, применяемых с целью улучшения качества формы выходного напряжения (его гармонического состава) используется метод коммутационного вектора. Целью метода является формирование управляющей последовательности, обеспечивающей более плавное изменение выходных напряжений при смене периодов повторяемости по сравнению со ступенчатой формой напряжения, образуемого в результате работы алгоритма поочередного управления вентилями. Т.к. в рассматриваемых схемах возможны только 6 рабочих (формирующих выходное напряжение) и 2 нулевых состояний вентилей, требуемая форма выходного напряжения может быть получена только в результате комбинационного действия различных состояний в течение периода повторяемости.

Рассмотрим векторную диаграмму, на которой шесть рабочих состояний представляются в виде векторов, смещенных относительно друг друга на π/3 рад (60⁰). Нулевые состояния представляются в виде векторов нулевой длительности, расположенные в начале координат. Эти 8 векторов называются базовыми векторами (смотри рисунок 5). Область, заключенная между двумя соседними осями, определяет соответствующий период повторяемости.

Метод коммутационного вектора предполагает наличие, помимо базовых, некоторого количества промежуточных векторов U_пр, располагающихся внутри сегментов. Положение каждого промежуточного вектора определяется его смещением относительно базового вектора для данного сегмента на угол i(смотри рисунок 7). Промежуточный вектор может быть разложен на составляющие путем проецирования на базовые векторы. Каждый период повторяемости разбивается на определенное число интервалов (векторов) с длительностью T_шим.

В результате действия данного алгоритма форма выходного напряжения сглаживается.

1.4.2 Векторное управление асинхронным ЭД

Для получения высокого качества управления ЭП в статических и динамических (переходных) режимах необходимо иметь возможность быстрого непосредственного управления моментом ЭД.

Момент любого ЭД в каждый отрезок времени определяется величиной (амплитудой) и фазой двух моментообразующих составляющих: тока и магнитного потока. В АД токи и потокосцепления статора и ротора вращаются с одинаковыми скоростями, имеют разные, изменяющиеся во времени фазовые параметры и не подлежат непосредственному измерению и управлению. Доступной управляемой переменной в АД является ток статора, имеющий составляющие, образующие магнитный поток и момент. Фазовая ориентация этих двух составляющих может быть осуществлена только внешним управляющим устройством, чем и обусловлен термин “векторное управление”.

В структуре электропривода ЭД рассматривается как электромеханический преобразователь ЭМП в виде идеализированного двигателя. Его ротор не обладает массой и механической энергией, не имеет механических потерь энергии и жестко связан с реальным физическим ротором, относящимся к механической части ЭП. Такой ЭД может быть представлен электромеханическим многополюсником, содержащим n пар электрических выводов по числу n обмоток, и одну пару механических выводов (смотри рисунок 9). На механических выводах в результате электромеханического преобразования (ЭМТ) энергии при скорости  развивается электромагнитный момент M. Момент M является выходной величиной ЭМП и входной для механической части электропривода. Скорость  определяется условиями движения механической части, но для ЭМП может рассматриваться как независимая переменная. Механические переменные M и  связывают ЭМП с механической частью в единую взаимосвязанную систему. Все процессы в ЭД описываются системой уравнений электрического равновесия (число уравнений равно числу обмоток) и уравнением электромеханического преобразования энергии. Для этого в теории ЭП используют двухфазную модель обобщенного ЭП (смотри рисунок 8), к которой приводятся абсолютно все виды и типы электрических машин:

α, β – неподвижные оси статора; d, q – вращающиеся оси ротора; φ – угол поворота ротора; - угловая скорость ротора;

Рисунок 8 – Модель обобщенного ЭМП.

Уравнение электрического равновесия i- обмотки:

где - потокосцепление i-ой обмотки;

i=1a,…2qj=1a,…2q, R_i – активное сопротивление обмотки, L_i,j– собственные и взаимные индуктивности обмоток. Величина взаимных индуктивностей зависит от угла  поворота ротора и от пространственного сдвига обмоток, т.е. является функцией скорости (и времени). Именно поэтому невозможно получить cos φ = 1.

Синтез алгоритмов и систем векторного управления АД базируется на анализе двухфазной d – q модели АД (d и q – ортогональная система координат ротора).

Рисунок 9 – Схема векторного управления

Схема векторного управления состоит из трех основных функциональных частей:

БРП – блок регуляторов переменных;

БВП – блок вычисления переменных;

БЗП – блок задания переменных;

На вход БРП поступают задающие сигналы скорости и потока, и сигналы обратной связи (с выхода БВП) – ориентированные по полю значения составляющих тока статора, потокосцепления ротора, и скорости. БРП содержит набор регуляторов потока, момента, тока, на выходе которых формируются также ориентированные по полю сигналы задания составляющих тока статора.

БЗП осуществляет фазовые и координатные преобразования задающих d – q переменных в систему трехфазных сигналов управления ШИМАИН. Блок БВП вычисляет текущие значения амплитудных и фазовых параметров d – q переменных АД, осуществляя фазовые и координатные преобразования реальных трёхфазных сигналов токов и напряжений АД, поступающих с выходов соответствующих датчиков.

Координатные преобразования, осуществляемые блоком БВП, заключаются в переходе от реальных координат трёхфазной системы статора АД с осями d,q (преобразование 3 → 2). Блок БЗП осуществляет обратные координатные преобразования (2 → 3), от d-q к a,,c.

Фазовые преобразования в этих блоках обеспечивают привязку фазовых параметров переменных в двух системах координат.

На надежность, стоимость и качество характеристик ЭП влияют число измеряемых параметров и точность измерений. Для векторного управления АД надо измерять хотя бы две из четырех, доступных к измерению переменных:

1. Токи статора АД;

2. Напряжения на зажимах АД;

3. Угловая скорость ротора АД;

4. Угловое положение ротора АД;

Векторное управление позволяет практически в любой момент времени, при любом положении ротора относительно статора, при любой угловой скорости и нагрузке на машину, получить максимальный cos φ АД. Это, в свою очередь, ощутимо повышает К.П.Д и момент эл. машины, который, в данном случае, практически не зависит от угловой скорости двигателя.

1.5 Достоинства и недостатки АИН

1.5.1 Достоинства структуры ЭП на основе АИН:

а) Практически неограниченный диапазон регулирования частоты и скорости;

б) Некритичность к мощности (в пределах допустимой) и количеству подключенных АД

в) Возможность работать в режиме холостого хода при отключении АД.

г) Высокое, близкое к “1” значение коэффициента мощности сети (cos φ) во всех режимах работы;

д) Синусоидальность выходного тока, плавное, без скачков, вращение АД на скоростях, близких к нулевым;

ж) Высокие динамические показатели ЭП, обусловленные высоким быстродействием ШИМ управления;

1.5.2 Недостатки структуры ЭП на основе АИН:

а) Достаточно высокий уровень радиопомех, могущих вызвать сбои ЭВМ и контроллеров (силовые кабели необходимо прокладывать в заземленных трубах).

б) Неэкономичность прокладки длинных питающих кабельных линий между АИН и двигателем ввиду значительных токов ВЧ – утечки на ноль (падает момент);

в) Необходимость установки специальных фильтров как на входе, так и на выходе инвертора. Применение обычных фильтров недопустимо.

г) Недопустимость применения любой коммутирующей аппаратуры на выходе АИН.

д) Неустранимый ток высокочастотной утечки на ноль.

1.6 Обоснование выбора основных составляющих комплексного стенда

1.6.1 Основой стенда №6 является частотный преобразователь “Omron 3G3EV”. При выборе данного устройства мы руководствовались, прежде всего, самым широким набором сервисных функций из всех фирм, предлагающих автономные инверторы напряжения. Кроме того, серия 3G3EV рассчитана на работу с двигателями мощностью от 100 Вт до 1,5 кВт, поэтому стоимость входящих в нее инверторов относительно невысока.

Наше внимание привлек инвертор, относящийся к верхнему пределу линейки мощностей данной серии, так как в колледже на момент выбора инвертора уже имелась очень наглядная нагрузка – центробежная воздуходувка. Мощность её двигателя составляла 1,5 кВт, что как раз соответствовало номинальной нагрузке на инвертор. Применение воздуходувки интересно и со стороны будущего совершенствования стенда – для построения замкнутой системы управления необходимо лишь добавить термопару вместе с нагревательным элементом, поместив их в воздушном потоке (контроллер “Ремиконт Р - 122” уже установлен на стенде №7).

Автономные инверторы напряжения фирмы “Omron” позволяют осуществлять дистанционное управление через дискретные и аналоговые входы, что широко используется на современном производстве. Частотный электропривод наиболее эффективно работает в системе “инвертор - контроллер”, что объясняется широкими возможностями управления (задание частоты вращения двигателя как в аналоговом, так и в цифровом виде), возможностью удаленного контроля за режимом работы (ход/останов).

1.6.2 Основой стенда №7 является программируемый регулирующий контроллер “Ремиконт Р - 122”, состоящий из двух полукомплектов, которые дублируют друг друга. В целях снижения эксплуатационных расходов работает только один комплект, остальные модули выключены из работы, но установлены в корзине на случай отказа первого полукомплекта.

При выборе программируемого контроллера “Ремиконт” мы руководствовались невысокой стоимостью данного устройства, эксплуатационной надежностью, подтвержденной производственными условиями, и широкой распространенностью устройств подобного класса на металлургическом комбинате. Последнее обстоятельство позволяет утверждать, что практически любые технические проблемы, возникшие с данным устройством, будут быстро и квалифицированно решены ведущими специалистами, вызванными по договору с ОАО “Северсталь”. В дальнейшем, при наличии выделяемых средств на модернизацию существующей лаборатории электропривода, можно будет произвести замену регулирующего контроллера “Ремиконт” на более совершенную модель – “Ломиконт”, логический программируемый контроллер.

Пока же, на стадии становления лаборатории и учебного процесса на её основе, технических возможностей существующей модели будет вполне достаточно.

1.7 Основные узлы установки

Комплексный лабораторный стенд по изучению частотного электропривода на базе автономного инвертора напряжения фирмы “Omron” состоит из двух лабораторных стендов: №6 и №7. Стенд №6 представлен частотным преобразователем “Omron 3G3EV” и асинхронным электродвигателем, работающим на центробежную воздуходувку. Стенд №7 – это программируемый регулирующий контроллер “Ремиконт Р - 122”, соединенный со стендом №6 посредством гибкого многожильного кабеля.

1.8 Комплексное взаимодействие стендов

Стенд №6 и №7 были задуманы таким образом, чтобы использовать их как один комплексный стенд. Стенд №7 реализует обработку сигналов обратной связи (в проекте), осуществляет управление стендом №6 (запуск, останов, регулировка частоты вращения, выбор его направления). Для реализации замкнутой системы регулирования к стенду №7 могут подключаться различные датчики, но наиболее перспективной, на мой взгляд, является система “термопара – нагревательный элемент”, находящиеся в регулируемом воздушном потоке. Эта система позволит не только осуществлять поддержание заданной температуры, но и осуществлять “аварийное” отключение нагревательного элемента, при его перегреве. Стенд №7 может также обрабатывать сигналы и со всех остальных стендов лаборатории электропривода, что позволит осуществлять демонстрацию всех возможностей систем привода, существующих в колледже. Планируется также завязать, по возможности, все лаборатории, где есть программируемые контроллеры, в сеть. Такая система позволит учащимся на своём опыте ощутить реальное взаимодействие ПК в составе имитаций различных технологических процессов.

Специальная часть

2.1 Функциональные возможности стендов

Лабораторные стенды №6 и №7 предназначены для проведения лабораторных работ, связанных с изучением систем современного привода.

Каждый из стендов, исходя из их технических и функциональных возможностей, способен как принимать аналоговые и дискретные сигналы, так и выдавать их. Комплексное взаимодействие стендов построено на взаимном обмене аналоговыми и дискретными сигналами, в зависимости от цели проводимой лабораторной работы. Современное производство базируется на подобном взаимодействии, что определяет важное значение в лаборатории привода этих стендов.

Лабораторный стенд №6 построен на базе автономного инвертора напряжения фирмы “OMRON”. Данное устройство является лучшим в своём классе. АИН позволяет управлять асинхронным электродвигателем частотным методом, причем задание на частоту подается как с аналогового, так и с дискретного входа. АИН обладает рядом защит, обеспечивающих высокую защищенность как самого инвертора, так и подключенного к нему двигателя.

К числу этих защит относятся: защита от перенапряжения во входной цепи, защита от обрыва одной из выходных фаз, защита от перегрева радиатора выходных транзисторов, защита от перегрузки по току, защита от сбоя в электронной части. Защитной реакцией инвертора является остановка с дисплейной индикацией кода ошибки. Коды ошибок и пути их устранения приведены в инструкции по эксплуатации.

Лабораторный стенд №7 построен на базе регулирующего контроллера “Ремиконт Р-122”, состоящего из двух полукомплектов, которые дублируют друг друга. Контроллер позволяет осуществлять дистанционное управление различными устройствами через дискретные и аналоговые входы. Для расширения функциональных возможностей этот контроллер может быть не только расширен до логического программируемого, но и может быть завязан в сеть с другими контроллерами. В рамках данной лаборатории, кроме стенда №6 он может управлять другими стендами, например, стендами с тиристорным приводом.

2.2 Описания лабораторных работ

2.2.1 Лабораторная работа №1: “Ознакомление с функциональными возможностями пульта оператора АИН “Omron 3G3EV”

Цель работы: изучить пульт оператора АИН “Omron 3G3EV”, ознакомиться с наименованиями и функциями клавиш пульта оператора, установить заданные параметры инвертора в различных режимах.

Оборудование: стенд №6

Данная лабораторная работа предназначена для отработки и закрепления навыков работы с пультом оператора АИН “Omron” в различных режимах.

В начале лабораторной работы учащиеся закрепляют расположение функциональных клавиш и их назначение. Далее следует изменение параметров настройки инвертора в режиме останова. После этого происходит запуск стенда. В ходе работы АИН учащиеся изменяют те параметры, которые можно изменять во время его функционирования, наблюдая при этом реакцию установки.

Методические указания для проведения этой лабораторной работы содержатся в приложении А.

2.2.2 Лабораторная работа №2 “Ознакомление с функциональными возможностями программируемого контроллера “Ремиконт Р-122””

Цель работы: Изучить пульт управления ПК “Ремиконт Р-122”, научиться производить подготовку его к работе, изучить его функциональные возможности.

Оборудование: стенд №7.

Целью данной работы является закрепление теоретических знаний по запуску, конфигурированию и программированию ПК.

2.2.3 Лабораторная работа №3: “Исследование внешнего управления инвертором “Omron 3G3EV”

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.

Оборудование: стенд №6, стенд №7.

Целью данной работы является закрепление знаний по возможностям внешнего управления частотным преобразователем “Omron 3G3EV”. В начале лабораторной работы учащиеся изучают схему стенда №6 и разбираются в том, что происходит в схемном отношении при переходе от управления со встроенного пульта к режиму внешнего управления. Учащиеся выясняют, какой из параметров инвертора необходимо изменить, чтобы заставить его воспринимать внешние сигналы управления.

Для получения первого опыта по управлению АИН &ldqu