Проектирование и изготовление учебно-лабораторного стенда на базе преобразователя частоты Danfoss VLT-5004
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
;
Рис. 6 - Векторное управление асинхронным электродвигателем (без обратной связи)
Рис. 7 - Векторное управление асинхронным электродвигателем (с обратной связью)
Качество управления двигателем зависит от правильной установки параметров схемы замещения. В VLT5000 записаны типичные параметры двигателя. Автоматическая адаптация двигателя измеряет активное и реактивное сопротивление статора Rs и Xs.
Рис. 8 - Функциональная схема преобразователя частоты
Rectifier - выпрямитель; ВС-choke - фильтр; Inrush relay - запускающая цепь; Inverter - инвертор; Driver for IGBT - привод IGBT транзисторов с гальванической изоляцией; Brake - модуль подключения тормозного резистора; Current programming - модуль обратной связи; Inrush driver - привод управления; Power supply - блок питания; Fan driver - модуль привода вентилятора; Aux relay - встроенное реле;
Основу преобразователя составляет трёхфазный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Система управления преобразователя выполнена на базе программируемого микропроцессорного контроллера. Преобразование постоянного напряжения в трёхфазное переменное осуществляется в мостовом транзисторном инверторе, собранном на трёх транзисторно-диодных модулях. Каждый модуль содержит два IGBT-транзистора с шунтирующими обратными диодами. IGBT-транзисторы переключаются многократно в течение периода выходной частоты в соответствии с ШИМ-алгоритмом микроконтроллера. Алгоритм ШИМ-управления поддерживает требуемое регулирование частоты и действующего значения основной гармоники выходного напряжения, обеспечивая при этом синусоидальность формы тока нагрузки.
Также Danfoss разработал линейку частотных приводов с прямым управлением моментом. Это серия VLT 5000 FLUX (управление вектором магнитного потока).
Рис. 9 - Управление вектором магнитного потока
Основная идея заключается в том, что на каждом шаге расчёта определяется оптимальное состояние инвертора напряжения по значению момента и потока статора, из системы исключается широтно-импульсный модулятор как отдельное звено. Система реализует векторное регулирование скорости, математический аппарат которого основан на дифференциальных уравнениях динамики асинхронного двигателя и векторных соотношениях. Метод одинаково корректен как для переходных, так и для установившихся процессов, что существенно повышает динамический диапазон работы системы, приводит, например, к отсутствию провалов скорости при скачках нагрузки. Задача контура скорости - задать мгновенное положение вектора тока, необходимое для поддержания заданной скорости. Задача контура тока - обеспечить реальное положение и амплитуду вектора тока равными заданным значениям.
Момент переключения инвертора не привязан к периоду ШИМ, а зависит от реальной ошибки вектора тока. Определяющим в работе контура является критерий выбора состояния инвертора при переключениях. Он позволяет минимизировать частоту переключений инвертора при малой амплитуде ошибки и уменьшить кратковременно возникающую большую токовую ошибку за минимальное время при минимальном количестве коммутаций инвертора.
Данный метод управления током имеет существенные преимущества по сравнению с ШИМ-управлением. Он позволяет строить более скоростные системы, мгновенно реагирующие на возмущающие воздействия, и одновременно рассеивать меньше энергии в силовых ключах по сравнению с методом ШИМ.
Отметим, что преобразователь частоты является интеллектуальным устройством, использующим микроконтроллер достаточно высокой производительности, поэтому в современном преобразователе имеется ряд дополнительных опций и расширений, позволяющих создавать несложные системы автоматического управления без использования контроллеров.
2.4 Обоснование выбора основных составляющих стенда
2.4.1 Преобразователь частоты
электрический стенд преобразователь частота danfoss
Основой лабораторного стенда является преобразователь частоты Danfoss серии VLT 5000, модель 175Z0137. Эта модель рассчитана на работу с двигателями мощностью до 2,2 кВт. При выборе данного устройства мы руководствовались, прежде всего, самым широким набором сервисных функций из всех фирм, предлагающих автономные частотные приводы, поэтому стоимость данного частотного привода немного выше, чем отечественных и ряда зарубежных фирм.
Преобразователи частоты фирмы Danfoss позволяют осуществлять дистанционное управление через дискретные и аналоговые входы, что широко используется на современном производстве. В частотный привод встроен контроллер довольно высокой производительности, что объясняется широкими возможностями управления (задание частоты вращения двигателя как в аналоговом, так и в цифровом виде), возможностью удаленного контроля за режимом работы.
Общие технические данные VLT-5000
Таблица 4 Питающая электросеть (L1, L2, L3)
Напряжение питания блоков 380 В3 x 380 10%Частота питающей сети48-62 Гц +/- 1 %
Таблица 5 Максимальная асимметрия напряжения питания
VLT 5004, 380 В 2,0 % от номинального питающего напряженияКоэффициент активной мощности (?)0,90 от номинальной мощности при номинальной нагрузкеКоэффициент реактивной мощности (cos ()около 1 (>0,98)Число коммутаций входных линий L1, L2, L3около 1 раза в минуту
Таблица 6 Выходные данные преобразователей VLT (U, V, W)
Выходное напряжение0-100 % от напряжения питанияВыходная частота преобразователей VLT 5004, 380 В0-132 Гц, 0-1000 ГцНоминальн?/p>