Sterowanie kalarne ilnikiem indukcyjnym Intrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego Jaroław Guzińki Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego WEiA Politechnika Gdańka 011 werja 6.3 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jet badanie właściwości tatycznych i dynamicznych układu napędowego zailanego z falownika napięcia ze terowaniem kalarnym U/f=cont.. Czętotliwościowa regulacja prędkości ilnika indukcyjnego Podtawowym poobem regulacji prędkości obrotowej ilnika aynchronicznego jet regulacja czętotliwościowa polegająca na zmianie parametrów napięcia zailającego ilnik. Do tego celu można wykorzytać przemiennik czętotliwości kładający ię z protownika diodowego i falownika napięcia ryunek 1. L1 L L3 Rh Th Ud C 1 U V W M Protownik Falownik napięcia Ry. 1. Przemiennik czętotliwości z motkiem protowniczym i falownikiem napięcia Zatoowanie falownika napięcia do zailania układu napędowego z ilnikiem indukcyjnym daje możliwości terowania wartością amplitudy i czętotliwością napięcia zailającego ilnik. Napięcie wyjściowe falownika jet napięciem zmodulowanym zawiera zereg impulów o amplitudzie równiej wartości napięcia w obwodzie pośredniczącym i zmiennej zerokości. Zmiana wartości średniej napięcia wyjściowego falownika dokonywana jet poprzez zmianę zerokości impulów w kolejnych okreach impulowania tranzytorów czyli przez modulację zerokości impulów. Zadana wartość napięcia zailania ilnika o regulowanej amplitudzie i czętotliwości utalana jet przez algorytm terujący pracę całego układu napędowego falownik-ilnik. W napędach falownikowych ilnika klatkowego toowane ą różne algorytmy terowania o odmiennych właściwościach i topniach złożoności. Przy terowaniu czętotliwościowym ilnikiem indukcyjnym wykorzytuje ię różnego rodzaju nadrzędne układy terowania. Stoowane, różnego rodzaju nadrzędne metody terowania ilnikiem aynchronicznym można podzielić na dwie podtawowe grupy: układy terowania kalarnego oraz układy terowania wektorowego ry.. 1
Podtawowe metody terowania ilnikiem aynchronicznym Skalarne Wektorowe Sterowanie U/f = cont z zadawaniem napięcia Sterowanie U/f=cont z zadawaniem prądu Orientacja względem wektora pola Bezpośrednia regulacja momentu Sterowanie nieliniowe - multikalarne Ry.. Ogólny podział podtawowych metod terowania ilnikiem aynchronicznym Układy terowania kalarnego określane ą również jako układy terowania zewnętrznego, natomiat układy terowania wektorowego nazywane ą również układami terowania wewnętrznego. W układach terowania kalarnego regulacji podlegają amplitudy i czętotliwości wybranych zmiennych, natomiat przy terowaniu wektorowym dodatkowo dokonuje ię regulacji fazy. Układy terowania kalarnego ą prote w realizacji ale charakteryzują ię gorzymi właściwościami w porównaniu z metodami terowania wektorowego. Metoda terowania kalarnego jet najprotzą metodą terowania układem napędowym falownik ilnik indukcyjny. W metodzie terowania kalarnego, określanej również jako terowanie typu U/f=cont., wykorzytuje ię zależnościach obowiązujących dla tanów utalonych pracy mazyny. W związku z tym układ terowania nie oddziałuje na wzajemne położenie wektorów prądów i trumieni kojarzonych i tym amym nie ma możliwości prawidłowej kontroli proceów przejściowych w takim napędzie. W układzie terowania kalarnego U/f=cont tabilizacja trumienia magnetycznego w ilniku uzykiwana jet na podtawie proporcjonalnej zmiany wartości napięcia i czętotliwości zailania tj. przez utrzymanie tałego tounku U/f. Wadą układu terowania kalarnego jet brak kontroli ilnika w tanach przejściowych nad itotnymi wielkościami ilnika takimi jak m.in. prąd, moment elektromagnetyczny czy trumień magnetyczny. Z tego powodu, w celu ograniczenia niekorzytnych zjawik w tanach przejściowych, touje ię zmniejzenie dynamiki układu napędowego przez topniową zmianę zadanej wartości czętotliwości napięcia tojana i związaną z tym topniową zmianę wartości napięcia zailającego ilnik ryunek 3. zad f u Integrator zadajnika f zad u Charakterytyka U/f zad U U f zad f u MSI Modulator zerokości impulów Sygnały bramkowe tranzytorów FALOWNIK NAPIĘCIA Ry. 3. Układ terowania kalarnego U/f=cont. układem napędowym falownik-ilnik
W układzie terowania kalarnego, na podtawie zależności obowiązujących dla tanu utalonego ilnika, natawiane ą wartości amplitudy i pulacji wektorów napięć, prądów i trumieni ilnika. Przy takim terowaniu wartość napięcia zailania ilnika określana jet na podtawie zadanej czętotliwości napięcia ilnika. Czętotliwość f u i pulacja napięcia zailania ilnika u związane ą zależnością: u f u (1) Przy pominięciu poślizgu ilnika związek między modułem napięcia ilnika u a pulacją u jet określony przez uprozczoną zależność wyprowadzoną z równań modelu ilnika w tanie utalonym: R R r u L rl Lm ulr r LrR R L L L L u ψ () r r m gdzie: u jet modułem wektora napięcia zailania ilnika, ω u jet pulacją wektora napięcia zailania ilnika, to pulacja poślizgu, ψ jet modułem trumienia tojana ilnika, R, R r to rezytancje tojana i wirnika ilnika natomiat L, L r, L m to indukcyjności tojana, wirnika oraz indukcyjność wzajemna. Przyjmując, że pulacja poślizgu = 0 otrzymuje ię zależność: u R L u ψ (3) L Przy wyznaczeniu zależności wiążącej wartość modułu wektora wyjściowego z jego prędkością wirowania częto pomija ię wartość rezytancji tojana przyjmując R =0. Wynika to z tego, że przy wyżzych czętotliwościach napięcia ilnika rezytancja tojana R jet znacznie mniejza od reaktancji tojana X : X f L R (4) u Przy pominięciu rezytancji tojana w zależności (3) moduł wektora napięcia zailania ilnika określa zależność: u u ψ (5) Z zależności (5) wynika, że aby uzykać tały trumień w ilniku tj. dla =cont. przy równoczenych zmianach pulacji u należy proporcjonalnie zmieniać napięcie zailania ilnika u. Jeśli trumień ilnika pozotaje tały to również moment makymalny ilnika jet tały. Makymalny moment ilnika przy różnych prędkościach obrotowych jet tały jeśli amplituda trumienia tojana jet również tała i równa amplitudzie trumienia dla warunków pracy znamionowej mazyny. Jeśli przyjmie ię, że znamionowy moduł trumienia tojana wyrażony w jednotkach względnych ma wartość: ψ 1 (6) i jet utrzymywany na tym amym poziomie w całym zakreie pracy ilnika, to zgodnie z (5) moduł napięcia zailania ilnika jet proporcjonalny do jego pulacji oraz, na podtawie (1), również do czętotliwości: 3
u ~ u =f u (7) Kztałtowanie charakterytyki mechanicznej ilnika indukcyjnego przy terowaniu kalarnym i utrzymywaniu tałego tounku napięcia do czętotliwości przedtawiono na ry. 4. n n 0n n 01 U n, f n U 1, f 1 fn> f 1>f U n U = 1 = =cont. f n f 1 U ' > U U f n 0 U ', f U, f M max M Ry. 4. Kztałtowanie charakterytyki mechanicznej ilnika przy terowaniu kalarnym U/f=cont. Typowa zależność między czętotliwością wyjściową oraz napięciem wyjściowym falownika jet liniowa tak jak przedtawiono na ry. 5. Ry. 5. Liniowa charakterytyka U/f=cont. falownika napięcia Znamionowa wartość trumienia tojana utrzymywana jet wyłącznie w zakreie czętotliwości, dla której zachowany jet warunek określony zależnością (5). Dla małych ω ω,ω ilnik zailany jet napięciem czętotliwości czyli pulacji napięcia w zakreie u 1 1 U 1 o amplitudzie wyżzej niż wynika to z zależności (5). Spowodowane jet to pominięciem rezytancji tojana, która wytępuje w zależności () co umożliwiło uzykanie zależności (3). 4
Wpływ pominięcia rezytancji tojana na charakterytykę mechaniczną ilnika indukcyjnego dla małych czętotliwości przedtawiono na ry. 4. Na ry. 4 przy małej czętotliwości f makymalny moment ilnika jet zmniejzony z uwagi na zbyt małą wartość napięcia U. Zatoowanie więkzego napięcia U powoduje wzrot momentu makymalnego ilnika. Dla prędkości wirowania wektora napięcia więkzej od znamionowej u wartość napięcia zailania ilnika ograniczona jet do wartości znamionowej n. 3. Makymalne napięcie wyjściowe falownika W układach napędowych, w których wartość napięcia znamionowego ilnika jet wyżza od makymalnej wartości napięcia wyjściowego falownika z modulacją zerokości impulów, napięcie zailające ilnik ograniczone jet do wartości: 3 u u max d (8) gdzie: u d jet wartością napięcia obwodu pośredniczącego falownika. Wzrot napięcia wyjściowego falownika poza wartość określoną przez (8) prowadzi do wejścia falownika w zakre nadmodulacji. Przy nadmodulacji napięcie zailania ilnika jet odkztałcone co powoduje równocześnie odkztałcenia prądu zailającego ilnik. W ćwiczeniu laboratoryjnym, aby uniknąć pracy z odkztałconym prądem, czętotliwość zailania ilnika ograniczona zotała tak aby przy utrzymaniu tałego tounku U/f, układ nie pracował w zakreie nadmodulacji. 4. Strumień tojana i trumień wirnika Związek pomiędzy amplitudą trumienia wirnika a amplitudą trumienia tojana wyznaczyć można z zależności: ψ L L L L r r m ψ i (9) L Lm gdzie: ψ jet modułem wektora trumienia wirnika, i jet modułem wektora prądu. Stałe czaowe elektromagnetyczne obwodu tojana i wirnika ą różne. Obwód tojana ma mniejzą tałą czaową niż obwód wirnika. 5. Podtawowy układ terowania kalarnego W układzie terowania kalarnego wielkościami regulowanymi ą: moduł napięcia tojana u oraz jego pulacja u. Pod względem tanów przejściowych właściwości układu napędowego ze terowaniem kalarnym ą prawie takie ame jak ilnika klatkowego włączonego bezpośrednio do ieci. Różnica tkwi jedynie w możliwości regulacji modułu i pulacji napięcia zailającego tojan. Przez zmianę czętotliwości zmienia ię prędkość obrotową. Aby zmieniać prędkość obrotową przy tałym obciążeniu mazyny należy zachować u /f u =cont. Wówcza zarówno wartość trumień tojana ψ jak i makymalny moment elektromagnetyczny mazyny nie ulegają zmianie. Schemat blokowy układu terowania ilnikiem indukcyjnym z charakterytyką U/f przedtawiono na ry. 6. 5
Ry. 6. Falownik napięcia z zadawaniem napięcia według charakterytyki U/f W układzie z ry. 6 ygnałem zadanym jet pulacja napięcia u związana z czętotliwością f u przez zależność (1). Na podtawie zadanej pulacji u odczytywana jet z charakterytyki U/f zadana wartość napięcia wyjściowego falownika. 6. Układ z ogranicznikiem zybkości zmian ygnału zadanego W celu uniknięcia nietabilnej pracy układu oraz ograniczenia wartości prądów w tanach przejściowych dla napędu ze terowaniem kalarnym konieczne jet ograniczenie zybkości zmian zadanego ygnału czętotliwości. W tym celu do układu regulacji wprowadza ię dodatkowy blok ograniczający zybkość zmian zadanej wartości pulacji napięcia zailającego przekztałtnik ry. 7. Na ten blok przyjęło ię powzechnie określenie rampa pochodzące od łowa angielkiego oznaczającego nachylenie. Ry. 7. Falownik napięcia z zadawaniem napięcia według charakterytyki U/f i kompenacją poślizgu oraz ograniczeniem dynamiki czętotliwości zadanej Blok rampy umożliwia realizację płynnych zmian prędkości obrotowej. Wpływa to korzytnie na ograniczenie niekorzytnych efektów wytępujących przy zmianach prędkości obrotowej ilnika ale powoduje pogorzenie dynamiki zmian prędkości ilnika. 6
W układzie badanym w ćwiczeniu laboratoryjnym dynamika zmian czętotliwości zadanej jet określona przez zmienną tr programu proceora terującego układem napędowym. 7. Omijanie prędkości krytycznych Właściwości wirujących elementów mechanicznych układu napędowego mogą powodować pojawianie, dla niektórych prędkości obrotowych ilnika, niebezpiecznych drgań mechanicznych. Niebezpieczne drgania wynikają z czętotliwości rezonanowych układu mechanicznego połączonego z mazyną indukcyjną. Uniknięcie długotrwałej pracy napędu przy takich prędkościach obrotowych jet realizowane w niektórych układach przez podanie, dla układu terowania, zabronionych zakreów zadanej czętotliwości napięcia ilnika. W tak zabezpieczonych układach kokowo zmieniana jet czętotliwość napięcia zailania ilnika przy przechodzeniu przez utawiony, przez obługę falownika, zakre prędkości krytycznych. Na ry. 8. przedtawiono chemat blokowy kalarnego układu terowania ilnikiem klatkowym z omijaniem czętotliwości krytycznych. Ry. 8. Falownik napięcia z zadawaniem napięcia według charakterytyki U/f, ograniczeniem dynamiki zmian pulacji zadanej i funkcją omijania czętotliwości krytycznych 8. Układu z kompenacją poślizgu Wzrot obciążenia ilnika, przy niezmienionych wartościach napięcia i czętotliwości, powoduje wzrot poślizgu i padek obrotów ilnika. W celu utrzymania tałej wartości prędkości obrotowej wymagane jet wytworzenie więkzego momentu elektromagnetycznego przez ilnik. W układzie terowania kalarnego może odbywać ię to przez zwiękzenie napięcia przy zachowaniu tałej czętotliwości. Do określenia topnia obciążenia ilnika można wykorzytać pomiar prądu tojana. Do układu regulacji może zotać wprowadzana poprawka, dla napięcia zadanego, uwzględniająca wartość prądu tojana aktualnie pobieraną przez ilnik. W układzie z kompenacją poślizgu zadana wartość modułu napięcia określona jet zależnością: komp o u ' u w i i (10) gdzie: u jet modułem wektora napięcia ilnika odczytanym z charakterytyki U/f, u ' jet zadanym modułem wektora napięcia wyjściowego falownika uwzględniającego kompenację poślizgu, w komp jet tałym wpółczynnikiem dobieranym tak aby 7
uzykać ztywną charakterytykę mechaniczną napędu, i jet modułem aktualnej wartości prądu ilnika natomiat i o - jet modułem prądu biegu jałowego ilnika. Wzrot obciążenia na wale mazyny pociąga za obą wzrot prądu tojana i tym amym napięcia. Natomiat wzrot napięcia poprzez zwiękzenie generowanego momentu powoduje wzrot prędkości obrotowej. Struktura układu terowania kalarnego z kompenacją poślizgu przedtawiona zotała na ry. 9. Ry. 9. Układ terowania kalarnego z kompenacją poślizgu 9. Stanowiko laboratoryjne Widok tanowika laboratoryjnego pokazano na ry. 10. Ry. 10. Stanowiko laboratoryjne 8
Układ napędowy kłada ię z ilnika indukcyjnego o mocy 5,5kW i mazyny prądu tałego pracującej jako generator. Mazyna obciążająca podłączony jet do nawrotnego protownika tyrytorowego DML z dwukierunkowym przeyłem energii - w zależności od trybu pracy mazyny: generatorowego lub ilnikowego. Sterowanie przekztałtnika tyrytorowego zapewnia regulację obciążenia ilnika indukcyjnego. Przemiennik czętotliwości AMT-030 umożliwia, przy czętotliwości impulowania 7,5kHz, uzykanie makymalnego wyjściowego prądu 30 amperów. Pracą przemiennika czętotliwości teruje układ mikroproceorowy SH65 ver.3.0 z proceorem ygnałowym DSP firmy Analog Device typu ADSP1065L i układem logiki programowalnej FPGA firmy Altera typu FLEX6016. Program zawierający algorytm terowania napędem przekazywany jet do pamięci proceora DSP za pomocą programu konoli operatora TKombajn, która umożliwia także zmianę parametrów terowania, rejetrację i wizualizację przebiegów. Załączenie i wyłączenie zailania falownika i protownika odbywa ię za pomocą odpowiednich przycików rozdzielni pozczególnych układów. Uwagi: 1. Proceor teruje załączeniem i wyłączeniem obciążenia przez załączanie i wyłączanie tycznika umiezczonego w obwodzie twornika prądnicy obciążającej ilnik klatkowy. Sterowanie tycznikiem w programie TKombajn odbywa ię odpowiednimi przycikami LOAD ON i LOAD OFF znajdującymi ię w zakładce Control.. Parametry ilnika, falownika, mazyny obciążającej oraz nazwy zmiennych dotępnych z poziomu programu Tkombajn umiezczone ą w końcowej części intrukcji. 3. Obługa protownika DML i regulacja obciążenia opiane zotały w końcowej części intrukcji 4. O ile nie podano inaczej zmienne określone ą w jednotkach względnych, które oznaczane ą krótem j.w. 10. Program ćwiczenia 1. Zapoznać ię z działaniem i obługą przemiennika czętotliwości.. Zapoznać ię z działaniem i obługą programu konoli operatora TKombajn. 3. Załadować plik udof.ldr do pamięci proceora ygnałowego. 4. Zmierzyć charakterytykę U/f realizowaną w badanym układzie. Charakterytykę wyznaczyć zapiując w tabelce wartości zadanej czętotliwości i zadanego modułu napięcia. W prawozdaniu naryować charakterytykę i uzaadnić jej kztałt. Sprawdzić działanie układu przy małych czętotliwościach kontrolując moduł trumienia. Sprawdzić moduł trumienia wirnika przy wyokich czętotliwościach i nikich. Czy przy nikich czętotliwościach trumień jet znamionowy? Jaki jet moduł prądu tojana przy wyokiej i bardzo nikiej czętotliwości? Określić wartość ograniczenia minimalnego napięcia charakterytyki U/f tak aby w jak najwiękzym zakreie małych czętotliwości trumień był zbliżony do znamionowego. 5. Wyznaczyć charakterytyki mechaniczne układu czyli zależność pomiędzy prędkością obrotową a momentem elektromagnetycznym ilnika n=f(m e ). Pomiary zapiywać w tabelce. Wyznaczyć charakterytyki dla 3 różnych zadanych czętotliwości: np.: 0,1 j.w., 0,3 j.w i 0.5 j.w. Prędkość obrotowa ilnika n oraz moment M e należy przeliczyć na jednotki rzeczywite odpowiednio: [obr/min] oraz [Nm]. Charakterytyki wyznacza ię przy tałej, zadanej wartości czętotliwości napięcia tojana dla kolejnych zmian obciążenia ilnika. Prędkość obrotową i moment 9
elektromagnetyczny odczytuje ię w programie TKombajn. Odczytywać filtrowaną wartość momentu ilnika. W prawozdaniu charakterytyki przedtawić na wpólnym wykreie. Wyznaczyć ztywność charakterytyk. Na podtawie uprozczonego wzoru Kloa (11) naryować charakterytykę mechaniczną ilnika indukcyjnego wykorzytywanego w ćwiczeniu. M e Mk (11) k gdzie: M e moment elektromagnetyczny ilnika, M k moment krytyczny/makymalny, poślizg, k poślizg krytyczny. Porównać otrzymaną charakterytykę z charakterytykami zmierzonymi. Uzaadnić wytępujące różnice. 6. Dla zadanej czętotliwości 0,5 j.w. prawdzić działanie układu z kompenacją poślizgu. Kompenację poślizgu włącza ię wpiując niezerowa wartość wpółczynnika W_komp. Dobrać wpółczynnik kompenacji poślizgu tak aby przy zmianach obciążenia charakterytyka mechaniczna napędu była jak najbardziej ztywna. Zmierzyć charakterytykę mechaniczną układu n=f(m e ) dla dobranego wpółczynnika W_komp. Sprawdzić jak wpółczynnik kompenacji wpływa na pobór prądu ilnika oraz na moduł trumień wirnika. Po zakończeniu pomiarów wpółczynnik kompenacji utawić na 0. W prawozdaniu naryować charakterytykę i podać dla jakiego wpółczynnika kompenacji zotała ona wyznaczona. Wyznaczoną charakterytykę porównać z charakterytyką dla tej amej zadanej czętotliwości otrzymaną przy pomiarach z punktu 5. 7. Dla wybranej zadanej pulacji napięcia ilnika dokonać rejetracji: momentu elektromagnetycznego ilnika, kładowej x napięcia ilnika, kładowej x prądu tojana, kładowej x trumienia wirnika oraz kładowej x trumienia tojana. Przebiegi zarejetrować dla najkrótzego czau rejetracji. Pomiar powtórzyć rejetrując dodatkowo moduł trumienia wirnika i moduł trumienia tojana zamiat kładowych x tych trumieni. W prawozdaniu zwrócić zczególną uwagę na różnice w przebiegach kładowych zmiennych modułów trumieni tojana i wirnika różnice uzaadnić. 8. Przeprowadzić nawrót ilnika dla wybranej zadanej pulacji napięcia (np. 0,5 j.w.) dla dwóch zybkości zmian ygnału zadanego tr (np. tr=1 i tr=10). Nawrót przeprowadzić dla ilnika nieobciążonego. Zarejetrować przebiegi: zadanej pulacji napięcia, momentu elektromagnetycznego ilnika, modułu prądu tojana, napięcia w obwodzie pośredniczącym i prędkości obrotowej wału ilnika. W prawozdaniu zwrócić zczególną uwagę na przebieg napięcia w obwodzie pośredniczącym oraz na przebiegi zmiennych przy zmianie kierunku obrotów ilnika. Czy na podtawie zarejetrowanych przebiegów można określić kiedy mazyna indukcyjna pracuje jako ilnik a kiedy jako prądnica? Przeanalizować co dzieje ię, w badanym układzie, z energią wytwarzana przy pracy prądnicowej mazyny indukcyjnej. 9. Przeprowadzić nawrót ilnika tak jak w punkcie 8 rejetrując: zadaną pulację napięcia tojana, moduł napięcia zailającego ilnik, moduł trumienia tojana, moduł trumienia wirnik oraz moduł prądu tojana. W prawozdaniu zwrócić uwagę na przebiegi trumienia i prądu przy małej czętotliwości i uzaadnić ich kztałt. 10. Przeprowadzić rozruch i hamowanie ilnika dla dwóch czaów (np. tr=1 i tr=4 ) bez obciążenia. Zarejetrować przebiegi: zadanej pulacji napięcia, momentu k 10
elektromagnetycznego ilnika, modułu prądu tojana, napięcia w obwodzie pośredniczącym i prędkości obrotowej wału ilnika. W prawozdaniu zwrócić czy i w jaki poób cza tr wpływa na przebiegi rejetrowanych zmiennych. Jak w układzie terowania kalarnego można ograniczyć prąd rozruchowy ilnika? 11. Przeprowadzić rejetracje momentu, prędkości, prądu tojana, napięcia tojana i trumienia wirnika dla tanu utalonego pracy napędu przy zadanej pulacji 0, j.w. oraz 0,6 j.w. dla ilnika na biegu jałowym i ilnika obciążonego. W prawozdaniu wyznaczyć jakie ą procentowe zmiany prędkości obrotowej ilnika dla pozczególnych badanych tanów pracy. 1. Zbadać działanie układu przy kokowym obciążeniu ilnika zarejetrować przebiegi: zadanej pulacji napięcia, momentu elektromagnetycznego ilnika, modułu prądu tojana, napięcia w obwodzie pośredniczącym, prędkości obrotowej wału ilnika. Rejetrację wykonać przy tałej, zadanej pulacji napięcia tojana np. 0,5 j.w. Do rejetracji warunkowej wykorzytać zmienna logiczną tanu obciążenia ilnika. W prawozdaniu obliczyć jaka jet procentowa zmiana prędkości obrotowej ilnika przy zmianach obciążenia. Uzaadnić dlaczego prędkość ilnika zmienia ię przy obciążeniu mazyny. 13. Zatoować funkcję omijania prędkości krytycznych wpiując wartość pulacji krytycznej z zakreu przewidywanych zmian pulacji napięcia zailającego ilnik, a natępnie dokonać rozruchu lub hamowania i zarejetrować zmienne: zadaną pulację napięcia, momentu elektromagnetycznego ilnika, modułu prądu tojana, moduł trumienia wirnika i prędkość obrotową wału ilnika. W prawozdaniu wyjaśnić w jaki może być cel toowania funkcji mijania prędkości krytycznych. Tab. 1. Spi zmiennych dotępnych z poziomu programu TKombajn Nazwa ia, ib, ic ix, iy i if ud kryt_1 tr W_komp zadana_omega omegau_et Opi Mierzone prądy fazowe ilnika (układ wpółrzędnych naturalnych ABC) Składowe mierzonego prądu ilnika (układ wpółrzędnych ortogonalnych nieruchomych ) Moduł mierzonego prądu ilnika Moduł mierzonego prądu ilnika wartość filtrowana Napięcie tałe w obwodzie pośredniczącym przekztałtnika mierzone Pulacja napięcia omijana przy włączonej funkcji prędkości krytycznych Zakre omijanych czętotliwości: kryt_10,05[j.w.] Cza określający zybkość zmiany ygnału zadanego czętotliwości (domyślnie 1, minimalna dopuzczalna wartość 1) Wpółczynnik dla układu z kompenacją poślizgu (domyślnie 0, dopuzczalny zakre 0... 0,4) Zadana pulacja napięcia zailającego ilnik - z zadajnika komputerowego programu Tkombajn (dopuzczalny zakre 0,8... +0,8 j.w.) zad - na ry. 8 oznaczona jako u Zadana pulacja napięcia zailającego ilnik za blokiem rampy (zakre 0,8... 0,01 oraz +0,01... +0,8 j.w.) zad1 - na ry. 8 oznaczona jako u 11
omegau omega_of omegar Mem Memf frx_o, fry_o fr fx_o, fy_o f ux, uy u USp Umin load_on Zadana pulacja napięcia zailającego ilnik na wejściu bloku charakterytyki U/f (zakre 0,8... 0,01 oraz +0,01... +0,8j.w.) zad - na ry. 8 oznaczona jako u Prędkość wału ilnika etymowana w oberwatorze prędkości Prędkość wału ilnika mierzona enkoderem Moment elektromagnetyczny Moment elektromagnetyczny filtrowany (tylko do odczytu w zakładce [Variable] programu Tkombajn] Składowe trumienia wirnika (układ wpółrzędnych ) Moduł trumienia wirnika Składowe trumienia tojana (układ wpółrzędnych ) Moduł trumienia tojana Składowe zadanego wektora napięcia zailania ilnika (układ wpółrzędnych ) Moduł wektora zadanego napięcia zailania ilnika Zadane napięcie ilnika po włączeniu kompenacji poślizgu Minimalna wartość zadanego napięcia ilnika dla charakterytyki U/f (domyślnie 0,04 j.w., dopuzczalny zakre 0,01... 0,1j.w.) Zmienna logiczna określająca tan obciążenia ilnika: 1 ilnik obciążony, 0 ilnik bez obciążenia czyli na biegu jałowym Wzytkie rejetrowane zmienne określone ą w jednotkach względnych odnieionych do wielkości bazowych podanych w tabeli. Napięcie Prąd Tab.. Jednotki bazowe U b 3Un fazowe U nprzewodowe Impedancja U Z b b Ib Strumień magnetyczny U b b o Pulacja elektryczna o fn Pulacja mechaniczna o (bazowa prędkość kątowa b p wału ilnika) Moment mb b Ib p Indukcyjność L b b Ib gdzie: f n znamionowa czętotliwość zailania ilnika I b 3I n 1
11. Parametry układu napędowego Dane znamionowe ilnika klatkowego SZJDe56 Moc znamionowa P n =5,5 [kw] Napięcie przewodowe (trójkąt/gwiazda) U n =0/380 [V] Prąd ilnika (trójkąt/gwiazda) I n = 0,4/11,8 [A] Prędkość obrotowa znamionowa n n = 935 [obr/min] Czętotliwość znamionowa f n =50 [Hz] Liczba par biegunów p=3 Krotność prądu rozruchowego I r /I n 6, [-] Krotność momentu rozruchowego M r /M n,3 [-] Przeciążalność tatyczna M max /M n,7 [-] Znamionowy wpółczynnik mocy co n =0.84 [-] Sprawność 85% Dane znamionowe generatora prądu tałego EMIT DC0084 Moc znamionowa P n =11 [kw] Napięcie twornika znamionowe U tn =460 [V] Prąd twornika znamionowy I tn = 4 [A] Prędkość obrotowa znamionowa n n = 1450 [obr/min] Napięcie wzbudzenia znamionowe U wn =0 [V] Prąd wzbudzenia znamionowy I wn = 1,7 [A] Przemiennik czętotliwości Przemiennik czętotliwości zbudowany jet z motka protownikowego i falownika napięcia z tranzytorami IGBT (moduły dwutranzytorowe Tohiba-MG75QYS40) oraz tranzytora hamującego (Semikron-SKM 300 GAR 13D). Tranzytory ą wyzwalane poprzez układ terowników M57959L firmy Mitubihi. W przemienniku zaintalowano czujniki hallotronowe firmy LEM do pomiaru dwóch prądów wyjściowych (LA55SP1) oraz do pomiaru napięcia w obwodzie pośredniczącym (LV5P). 1. Program konoli operatora TKombajn Konola TKombajn łuzy do komunikacji pomiędzy komputerem PC oraz terownikiem mikroproceorowym SH65L przy użyciu interfeju zeregowego RS3. Po uruchomieniu programu konoli należy wybrać plik z programem, który ma zotać załadowany do pamięci proceora terownika SH65L. W tym celu należy użyć klawiza oznaczonego jako [*.ldr]. Po wybraniu pliku jego nazwa wraz ze ścieżką dotępu wyświetlona zotaje na zielonym paku pod klawizem [*.ldr] oraz w dolnym oknie dialogowym. Ładowanie programu dla terownika SH65L odbywa ię za pomocą klawiza [load *.ldr]. Wyłanie pliku do terownika przez interfej RS3 jet potwierdzone komunikatem Program loaded w dolnym oknie dialogowym wraz z wyświetleniem godziny komunikatu. Załączenie oraz wyłączenie falownika odbywa ię za pomocą klawizy [ON] oraz [OFF]. Po prawej tronie klawizy znajdują ię dwa zadajniki, Pierwzy jet zadajnikiem czętotliwości ilnika, drugi jet nieaktywny. Za pomocą trzałek można zwiękzyć lub zmniejzyć wartość zadaną. Zmiana jet dokonywana o 0,01 wartości. Zmiana wartości 13
zadanej może odbywać ię też przez bezpośrednie wpianie w oknie i naciśnięcie klawiza [ENTER]. W programie dotępne ą 3 zakładki : [Variable], [Control], [Regitration]. Zakładka [Variable] (ry. 10) łuży do kontrolowania zmiennych umiezczonych w pamięci proceora. Ich nazwę wpiuje ię w pola edycyjne opiane jako Name. Jeżeli pole edycyjne ma błękitne tło, oznacza to, że dana zmienna jet umiezczona w mapie pamięci proceora, w innym przypadku pole poiada tło czerwone, należy wtedy prawdzić poprawność wpianej nazwy zmiennej. Zmienne aktualnie kontrolowane poiadają obok wojej nazwy zielony kwadrat, natomiat zmienne nie kontrolowane poiadają czerwony kwadrat. Aby kontrolować daną zmienną lub aby wyłączyć kontrolę nad zmienną należy myzką kliknąć w kwadrat, poczym powinien on zmienić wój kolor. Zmienne oznaczone jako kontrolowane mogą zotać nadpiane lub odczytane przez użytkownika. Odczyt wartości zmiennej natępuje przez naciśnięcie klawiza [RD], wartość odczytana zotanie wyświetlona po prawej tronie nazwy zmiennej w kolumnie oznaczonej Read. Nadpianie wartości danej zmiennej natępuje po wciśnięciu klawiza [WR]. Wartość która zotanie wpiana pod daną zmienną należy umieścić po prawej tronie zmiennej w kolumnie Value to write. Zaznaczenie pola Automatyczny odczyt powoduje odczytanie wartości zmiennej z pamięci proceora co 0,5. Ry. 11. Okno programu Tkombajn zakładka [Variable] W zakładce [Control] (ry. 11) łuży do wyboru dodatkowych funkcji układu terowania: załączenie i wyłączenie obciążenia ilnika indukcyjnego oraz wybór funkcji omijania prędkości krytycznych. W prawej części znajdują ię lampki kontrolne ygnalizujące wybór odpowiednich funkcji. Jeżeli lampka jet koloru zielonego dany warunek jet pełniony. Aby prawdzić tan układ należy nacinąć klawiz [Check tate]. 14
Ry. 1. Okno programu Tkombajn zakładka [Control] Okno zakładki [Regitration] (ry. 1) umożliwia przeprowadzenie rejetracji zmiennych proceora. Zmienne przeznaczone do rejetracji wpiuje ię w pierwzej kolumnie i zatwierdza klawizem [ENTER]. Druga kolumna łuży do utalenia warunku ( < - mniejzy niŝ; > - więkzy niż; = - równy), który ma zotać pełniony do rozpoczęcia rejetracji. Trzecia kolumna umożliwia wpianie wartości do pełnienia przez zadany wcześniej warunek Z lewej trony nazwy zmiennej umiezczone zotały zare pola. Kliknięcie myzką powoduje zmianę na kolor zielony i jednocześnie włączenie warunku, który ma zotać pełniony podcza rejetracji. Ry. 13. Okno programu Tkombajn zakładka [Regitration] 15
W zakładce [Regitration] dotępne ą 4 klawize łużące odpowiednio do: [Reg tart] uruchomienie rejetracji, [Download] ściągnięcie danych ze terownika do komputera, [Fig ft] oraz [Fig-bcb] - uruchamiają dwa programy do prezentacji zarejetrowanych danych. Dane zarejetrowane znajdują ię w katalogu, w którym umiezczony jet program konoli jako plik tektowy z rozzerzeniem *.dat. W zakładce jet dotępny również paek Trigger. Jego pozycja oznacza miejce pełnienia warunku wybranego przy utawianiu rejetracji zmiennych. 13. Obługa układu obciążenia W tanowiku laboratoryjnym zatoowano tyrytorowy nawrotny protownik terowany typu DML do napędu mazyny prądu tałego. W zależności od utawień układu mazyny obciążająca może pracować jako generator lub ilnik. Przy pracy generatorowej obciążenia ilnik indukcyjny pobiera energię z ieci za pośrednictwem falownika. Energia mechaniczna przekazywana jet na wał mazyny obciążającej i za pośrednictwem protownika tyrytorowego, który pracuje w trybie pracy malowniczej, zwracana jet do ieci elektrycznej. W takim tanie pracy układ może pracować długotrwale. W przypadku pracy ilnikowej mazyny obciążającej, pracuje ona jako ilnik pobierając energię z ieci elektrycznej za pośrednictwem protownika tyrytorowego. Energia mechaniczna przekazywana jet do mazyny indukcyjnej, która pracuje jako generator. Energia wytwarzana w mazynie indukcyjnej przekazywana jet do falownika. Ponieważ układ zailania falownika nie ma możliwości pracy dwukierunkowej, energia ta nie fiet zwracana Dio ieci ale tracona na ciepło w rezytorach hamujących. Rezytory hamujące nie ą przewidziane do pracy ciągłej dlatego układ nie może pracować długotrwale w takim tanie pracy. Po przekroczeniu dopuzczalnej ilości przekazywanej do rezytorów hamujących energii natępuje automatyczne wyłączenie przekztałtnika tyrytorowego. Wyłączenie jet ygnalizowane na wyświetlaczu układu tyrytorowego. Po zadziałaniu tego zabezpieczenia należy utawić zadajnik prądu na wartość minimalną oraz wyłączyć i ponownie załączyć zailanie protownika. Układ tyrytorowy wypoażony jet cyfrowy układ terowania łużący do tabilizacji prądu twornika generatora. Załączenie i wyłączenie układu zadawania prądu kontrolowane jet przez układ terowania falownika przycikami [LOAD ON] oraz [LOAD OFF] zakładki [Control] konoli Tkombajn. Zadana wartość prądu obciążenia utawiana jet ręcznie potencjometrem oznaczonym SET VALUE umiezczonym na obudowie przekztałtnika tyrytorowego a jego tan pracy pokazywany jet na wyświetlaczu ry.14. 16
Ry. 14. Zadajnik prądu i wyświetlacz przekztałtnika tyrytorowego W tab. 3 przedtawiono informacje pojawiające ię na wyświetlaczu przekztałtnika tyrytorowego. Tab. 3. Informacje wyświetlane na panelu przekztałtnika tyrytorowego Wyświetlana informacja Wyjaśnienia Linia górna wyświetlacza (informacje kolejno od lewej do prawej) STP Przekztałtnik wyłączony RUN Przekztałtnik załączony Polecenie [LOAD OFF] zadane przez falownik _ Polecenie [LOAD ON] zadane przez falownik G Praca generatorowa mazyny prądu tałego M Praca ilnikowa mazyny prądu tałego M! Sygnalizacja wyłączenia przekztałtnika po zbyt długiej pracy ilnikowej mazyny prądu tałego S--> lub S<-- Kierunek zadanego prądu mazyny wartość liczbowa np. Zadana wartość prądu mazyny prądu tałego w j.w. 0.08 (1j.w. = 8.8A) Linia dolna wyświetlacza (informacje kolejno od lewej do prawej) np. Aktualna wartość prądu mazyny prądu tałego w j.w. I=0.087 (1j.w. = 8.8A) np. Aktualna wartość średnia napięcia twornika mazyny prądu U=0.086 tałego w j.w. (1j.w. = 50V) np. Aktualna wartość średnia mocy mazyny prądu tałego w j.w. P=0.008 (1j.w. = 15kW) Po wytąpieniu awarii na lokalnym panelu kontrolnym zotanie wyświetlona odpowiednia informacja. Układu będącego w tanie awaryjnym, nie można uruchomić, w tym czaie próba uruchomienia przycikiem [LOAD ON] w programie Tkombajn jet ignorowana. Skaowanie awarii możliwe jet tylko przez wyłączenie i ponowne załączenie zailania protownika tyrytorowego. Przed kaowanie awarii należy określić przyczynę jej wytąpienia aby uniknąć ponownego zadziałania zabezpieczenia. Prąd i napięcie wyjściowe protownika tyrytorowego mierzone ą dodatkowo miernikami analogowymi. Prąd wzbudzenia mazyny obciążającej jet tały i ma wartość I w =A. 14. Zagadnienia 1. Kztałtowanie charakterytyki mechanicznej ilnika indukcyjnego.. Czętotliwościowa regulacja obrotów ilnika indukcyjnego. 3. Zaada terowania kalarnego U/f=cont ilnikiem indukcyjnym. 4. Wyjaśnić problemy związane ze terowaniem kalarnym przy nikiej czętotliwości napięcia ilnika. 5. Wyjaśnić dlaczego przy nikiej czętotliwości napięcia ilnika indukcyjnego nie jet utrzymywany tały tounek U/f? 6. W jakim celu utrzymywany jet tały tounek napięcia do czętotliwości w napędzie ilnika indukcyjnego zailanego z falownika? 17
7. Jakie ą wady i zalety terowania kalarnego U/f? 8. W jaki poób można poprawić właściwości układu napędowego ilnika indukcyjnego przy terowaniu U/f=cont? 9. W jakim celu ogranicza ię zybkość zmian ygnału zadanego czętotliwości w układzie terowania kalarnego ilnikiem indukcyjnym? 15. Literatura 1. Grunwald Z. (red): Napęd Elektryczny. WNT, Warzawa 1987.. Szklarki L., Dziadecki A., Strycharz J., Jaracz K.: Automatyka napędu elektrycznego. Wyd. AGH, Kraków 1987. 3. Biztyga K.: Sterowanie i regulacja ilników elektrycznych. WNT, Warzawa 1989. 4. Tunia H., Kaźmierkowki M. Automatyka napędu przekztałtnikowego. PWN, Warzawa 1987. 5. Orłowka-Kowalka T: Bezczujnikowe układy napędowe z ilnikami indukcyjnymi. Wrocław, Oficyna Wydawnicza PW 003. 18