Laboratorium elektryczne. Falowniki i przekształtniki - I (E 14)

Transkrypt

1 POLITECHNIKA LSKA WYDZIAŁINYNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZDZE ENERGETYCZNYCH Laboratorium elektryczne Falowniki i przekształtniki - I (E 14) Opracował: mgr in. Janusz MDRYCH Zatwierdził: W.O.

2 1. Cel wiczenia. Celem wiczenia jest poznanie zasad doboru przekształtnika czstotliwoci do prostego układu napdowego wymagajcego sterowania prdkoci obrotow oraz parametryzacji (programowania) układu sterujcego przekształtnika. 2. Wprowadzenie. Jeeli napd elektryczny zawiera energoelektroniczny układ transformujcy energi prdu elektrycznego zasilajcego silnik elektryczny, układ ten nazywamy przekształtnikiem. Poniej omówiono przekształtnik przetwarzajcy prd zmienny o stałej czstotliwoci i napiciu na trójfazowy prd zmienny o regulowanej czstotliwoci i napiciu. Na rysunku 1 przedstawiono schemat przekształtnika AC/AC z poredniczcym obwodem napiciowym. Prostownik trójfazowy wytwarza napicie stałe na kondensatorze, układ szeciu 3 400VAC M Rys. 1. Schemat ideowy obwodu mocy przekształtnika tranzystorów IGBT stanowi sze kluczy (łczników), umoliwiajcych połczenie wyjciowego zacisku z dodatnim lub ujemnym biegunem kondensatora obwodu poredniczcego. Napicie wyjciowe nieobcionego przekształtnika jest przebiegiem prostoktnym o zmiennym wypełnieniu. Czstotliwo kluczowania napicia jest rzdu kiloherców (2..16kHz);

3 uredniona warto przebiegu napiciowego odtwarza przebieg sinusoidalny. Poprzez zmian czstotliwoci przebiegu modulujcego uzyskuje si zmian czstotliwoci a przez zmian wypełnienia wartoci napicia i prdu wyjciowego. Zasilanie silnika napiciem prostoktnym o duych szybkociach narastania stawia wysze wymagania wytrzymałoci izolacji uzwoje silnika. Rys. 2. Przebiegi czasowe prdów wyjciowych przekształtnika Na rys. 2 przedstawiono przykładowy przebieg czasowy prdów zasilajcych silnik podczas wzrostu czstotliwoci napicia wyjciowego. Jeeli podczas pracy napdu nastpuje zwrot energii (silnik przechodzi do pracy prdnicowej) przepływ energii z silnika do przekształtnika powoduje wzrost ładunku Rys.3. Schemat blokowy przekształtnika z obwodem hamowania kondensatora obwodu poredniczcego a zatem i jego napicia. Nadmierny wzrost napicia moe doprowadzi do uszkodzenia obwodów przekształtnika, przy okrelonej wartoci napicia blokowany jest proces załczania kluczy. W przypadkach kiedy konieczne jest hamowanie silnikiem naley powstajc energi wytraci lub zwróci do sieci. Rozpraszanie energii odbywa si na zewntrznym rezystorze (rys. 3) włczonym w układ poredniczcy za pomoc analogicznego tranzystora kluczujcego jak w układzie wyjciowym. Zwrot

4 energii do sieci zasilajcej moe by realizowany za pomoc dodatkowego falownika tyrystorowego i autotransformatora (rys. 4) lub układu prostownika/falownika sterowanego, zbudowanego z tranzystorów IGBT. Sterowanie tranzystorów kluczujcych dokonywane jest przez układ mikroprocesorowy zawarty w przekształtniku. Realizowany jest w nim algorytm sterowania i regulacji parametrów zasilania silnika napdu odpowiednio do zadanych wartoci prdkoci obrotowej momentu itp.. Układ ten zapewnia take zabezpieczenia obwodów mocy przekształtnika przed przeci- Rys. 4. Schemat blokowy przekształtnika ze zwrotem energii eniem lub zwarciem na wyjciu a take silnika przed przecieniem. Po podłczeniu silnika napdu do przekształtnika naley dokona parametryzacji przekształtnika. Parametryzacja jest programowaniem sterownika mikroprocesorowego przekształtnika naley w niej przede wszystkim ustawi parametry silnika (z tabliczki znamionowej silnika); wiele przekształtników moe dokona, po wpisaniu tych wartoci, pomiarów parametrów elektrycznych podłczonego silnika i na ich podstawie wyliczy dodatkowe parametry elementów układu sterowania. Nastpnie naley okreli granice pracy napdu np.: maksymaln czstotliwo zasilania, maksymalny prd zasilania; tryb pracy napdu (regulacja prdkoci obrotowej, momentu...) sposób załczania po zaniku napicia zasilajcego itp. itp.. Inna grupa parametrów pozwala wybra tryb sterowania przekształtnikiem. Dostpne s tryby sterowania bezporednio z panelu przez operatora, jak i z nadrzdnego układu sterowania. Ilo zmiennych parametrów przekształtnika dostpnych do ustawiania z panelu sterujcego, lub programatora (w zalenoci od modelu) zawiera si od

5 kilkunastu do ok. tysica. Dla prostych aplikacji wymagane jest ustawienie od kilku do kilkunastu parametrów. 2.1 Instalacja, zabezpieczenia Silnik oraz kable łczce go z przekształtnikiem s zabezpieczone przez przekształtnik, zapewnia on zabezpieczenie przed zwarciem doziemnym i midzyfazowym. Przekształtnik w zalenoci od typu i wielkoci moe zawiera własne zabezpieczenia i wymaga jedynie standardowego zabezpieczenia kabli łczcych z zasilaniem; lub konieczne jest zabezpieczenie elementów prostownika (diod) za pomoc bezpieczników szybkich. Oddzielnym przypadkiem jest zasilanie przez jeden przekształtnik równoczenie wielu silników (np. napdy samotoków), wtedy konieczne jest indywidualne zabezpieczenie kadego silnika. Jeli maj by stosowane wyłczniki nadmiarowo-prdowe musz one by dostosowane do zasilania z przekształtnika Programowanie przekształtnika Stanowisko laboratoryjne składa si z przekształtnika Micromaster 440 firmy Siemens o mocy 2.2kW zasilajcego silnik asynchroniczny o mocy 2.2kW napdzajcy wentylator promieniowy wbudowany w tunel pomiarowy. Parametryzacj przekształtnika mona przeprowadzi przy uyciu panelu operatorskiego, lub za pomoc programu konfiguracyjnego uruchamianego na PC. Materiały dodatkowe instrukcja obsługi przekształtnika, lista parametrów, materiały pomocnicze dla projektantów i uytkowników, przykłady aplikacji s dostpne na stronach: Fsearch.asp&lang=en&siteid=csius&Query=micromaster Schemat elektryczny stanowiska przedstawiono na rys. 5.

6 L1 L2 L3PE M 3. Przebieg wiczenia Programowanie przekształtnika odbywa si za pomoc programu Drivemonitor. W grupie parametrów szybkiej parametryzacji naley wpisa dane odczytane z tabliczki silnika, nastpnie zakoczy szybk parametryzacj. W grupie parametrów sterowanie wybra sterowanie za pomoc panelu operatorskiego, podłczy panel, sprawdzi moliwo sterowania przekształtnikiem. W grupie parametrów warto zadana ustawi zadawanie czstotliwoci z panelu operatorskiego, sprawdzi moliwo zmiany prdkoci obrotowej. Zmieni ródło sterowania oraz wartoci zadanej na program parametryzujcy (USS BOP-link), sprawdzi moliwo sterowania z poziomu programu Drivemonitor. Rys. 5. Schemat zasilania układu napdowego 3.1. Test funkcjonalnoci układu i opracowanie wyników. Dla sparametryzowanego przekształtnika dokona odczytów (parametry dostpne poprzez Drivemonitor) prdu wyjciowego, napicia zasilania silnika, napicia stałego przed falownikiem. Narysowa zalenoci odczytanych parametrów w funkcji czstotliwoci pracy układu.