Изучение работы преобразователей частоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет

Филиал УГНТУ в г. Салавате

Кафедра "Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий"

Методические указания к лабораторной работе

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Дисциплина "Электрический привод"

Разработал Н.К. Буланкин

Салават 2006

Методические указания содержат основные теоретические положения о структуре, принципе работы, о характеристиках параметрах и преобразователей частоты, описание лабораторной установки и метрологическое обеспечение лабораторной работы. Приведены указания по порядку выполнения лабораторной работы, проведению экспериментов и обработке экспериментальных данных.

Методические указания к лабораторной работе предназначены для студентов специальности - Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений.

преобразователь частота лабораторный метрологический

1. Цель работы

Изучение конструкции, принципа действия и приобретение навыков работы на лабораторной установке на базе комплектного электропривода переменного тока типа FR-Е 540 MITSUBSHI ELECTRIC.

2. Программа работы

а) изучение конструкции и принципа действия лабораторной установки;

б) изучение конструкции, принципа действия и паспортных технических характеристик преобразователей частоты типа FR-Е 540;

в) расчет дополнительных технических характеристик преобразователей частоты типа FR-Е 540;

г) изучение методов работы на лабораторной установке и исследования систем электропривода переменного тока;

д) проведение экспериментов и обработка результатов экспериментов.

3. Назначение, устройство и принцип действия лабораторной установки

Лабораторная установка предназначена для исследования замкнутых систем электропривода переменного тока. Она состоит из двух лабораторных стендов № 4 и № 5, которые имеют одинаковую конструкцию, одинаковые схемы электрических соединений и принцип действия.

Силовая электрическая схема лабораторных стендов изображена на рисунке 1. В их состав входят комплектные электроприводы переменного тока типа FR-Е 540 (в дальнейшем просто преобразователи частоты) [1] и асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Преобразователи частоты подключаются к сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В с помощью автоматического выключателя QF2, который находятся в силовом распределительном пункте СП1. Включение преобразователя частоты в работу производится с помощью магнитных пускателей КМ4 и КМ5.

Преобразователи частоты смонтированы с лицевой стороны щита контроля и управления лабораторного стенда. Асинхронные двигатели входят в состав электромеханических систем, каждая из которых состоит из трех электрических машин, связанных между собой механическим валом. Это исследуемые двигатели переменного и постоянного тока, а также нагрузочный генератор постоянного тока. В лабораторном стенде предусмотрено измерение активной мощности, напряжения и тока асинхронного двигателя с помощью щитовых электроизмерительных приборов. Измерение частоты выходного напряжения преобразователя частоты производится по его цифровому индикатору и с помощью щитового электроизмерительного при-бора, который подключен к соответствующему выходу преобразователя частоты. Рядом с каждым преобразователем с левой стороны расположены органы внешнего управления (тумблер «Пуск» и две кнопки для изменения частоты выходного напряжения «Больше» и «Меньше»).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нагрузкой каждого из генераторов постоянного тока служат пять электрических ламп накаливания EL1…EL5, включение которых осуществляется с помощью переключателей SA1…SA5. Лампы накаливания EL1…EL5 распложены с задней стороны щита контроля и управления, а переключатели SA1…SA5 находятся на его лицевой стороне.

4. Назначение, устройство и принцип действия преобразователя частоты FR-Е 540

Преобразователи частоты фирмы MITSUBISHI ELECTRIC типа FR-Е 540 предназначены для преобразования переменного напряжения промышленной частоты в переменное напряжение регулируемой частоты и используются в системах автоматизированного электропривода производственных механизмов для регулирования их скорости вращения и других координат электропривода [1]. В состав преобразователей частоты входят управляемый выпрямитель, автономный инвертор тока, системы управления выпрямителем и инвертором, системы автоматического регулирования выходного тока и напряжения.

Преобразователи частоты выполнены в виде прямоугольного корпуса. Задняя часть корпуса представляет собой охлаждающий радиатор из алюминиевого сплава, на котором с внутренней стороны установлены силовые элементы преобразователя. Спереди к радиатору закреплен контейнер, который закрывает силовые элементы и в котором расположены электронные блоки управления. На передней панели корпуса расположены крышка опционного порта, крышка пульта управления и шильдик с названием. На правой боковой поверхности находится табличка с основными номинальными данными преобразователя частоты.

Передняя панель съемная. Под ней находятся разъем пульта управления, индикаторы «Включено» и «Неисправность», клеммные блоки для подсоединения цепей управления и силовых цепей, гнездо перемычки для изменения логики управления. К разъему пульта управления можно подключить пульт типа FR-РА 02 или порт интерфейсной связи RS-485.

Расположение клемм показаны на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2 - Расположение силовых клемм

Рисунок 3 - Расположение клемм цепей управления

Назначение и описание силовых клемм приведено в таблице 1, а назначение и описание клемм цепей управления приведено в таблице 2.

Пульт управления FR-РА 02 предназначен для управления преобразователем частоты, задания выходной частоты, выбора, установки и изменения параметров настройки, также для просмотра режимов работы, сообщения об ошибках и срабатывании защит.

Пульт управления состоит из панели и поворотной крышки, внешний вид которых изображен на рисунке 4.

Таблица 1. - Назначение и описание силовых клемм

Таблица 2. - Назначение и описание клемм цепей управления

На панели пульта управления расположены 4-х разрядный цифровой индикатор, световые индикаторы и кнопки. На крышке пульта управления расположены окно для индикаторов и кнопки управления.

Назначение и описание кнопок управления приведено в таблице 3.

Назначение и описание световых индикаторов приведено в таблице 4.

Преобразователи частоты типа FR-Е 540 имеют следующие паспортные технические характеристики:

а) номинальная мощность, кВт;

б) номинальный ток, А;

в) номинальное напряжение питания, В;

Рисунок 4 - Внешний вид крышки и панели управления

Таблица 3 - Назначение и описание кнопок управления

Таблица 4 - Назначение и описание световых индикаторов

д) диапазон регулирования частоты выходного напряжения, Гц;

е) закон частотного управления;

ж) диапазон изменения управляющего сигнала, В или мА;

з) коэффициент полезного действия;

и) коэффициент мощности;

к) точность регулирования частоты выходного напряжения, Гц;

л) габаритные размеры (высота, ширина, глубина), мм;

м) масса, кг.

Кроме этого, в технических документах приводится схема подключения преобразователя частоты к внешним электрическим цепям, степень защиты и требования к монтажу и помехоустойчивости.

К расчетным показателям преобразователя частоты относится коэффициент передачи, который определяется по формуле [2]

,(1)

где и - изменение частоты выходного напряжения в рад/с и Гц;

- изменение управляющего сигнала в В или мА;

р - число пар полюсов обмотки статора асинхронного двигателя.

5. Метрологическое обеспечение лабораторной работы

Измерение экспериментальных данных производится с помощью электроизмерительных приборов, имеющих определенный класс точности, которая указана на шкале электроизмерительного прибора. Класс точности представляет собой максимальную абсолютную погрешность, приведенную к пределу измерения прибора [3]

, (2)

где кх - класс точности электроизмерительного прибора, %;

?хmax - максимальная абсолютная погрешность измерения;

хm = хmax - xmin - пределы измерения прибора.

Из формулы (6) следует, что погрешность измерения будет равна

. (3)

Таким образом, фактическое значение измеряемой величины будет находиться в пределах

, (4)

где хи - показание электроизмерительного прибора.

Для вычисления погрешности расчетных данных используется выражения для оценки погрешности функции приближенных аргументов [3]

, (5)

где df(x)/dxi - частные производные от расчетной формулы u = f(x) по измеряемым

параметрам xi;

n - число измеряемых параметров, входящих в расчетную формулу u = f(x).

Фактические значения расчетных величин будут находиться в пределах

. (6)

6. Методы работы на лабораторной установке

Для обеспечения успешной и безаварийной работы на лабораторной установке по исследованию систем электропривода переменного тока студенты должны освоить выполнение следующих операций:

а) подготовка, включение и опробование работы лабораторных стендов;

б) подготовка, включение и опробование работы комплектных электроприводов переменного тока типа FR-Е 540.

Подготовка, включение и опробование работы лабораторных стендов ЛС4 и ЛС5 производится в следующей последовательности:

а) подается напряжение для собственных нужд лабораторных стендов с помощью автоматического выключателя QF4 в силовом пункте СП2;

б) выбираются для выполнения работы лабораторные стенды и производится включение сигнальных ламп с помощью тумблеров на щитах контроля и управления рабочих лабораторных стендов;

в) подается силовое напряжение питания на лабораторные стенды ЛС4 и ЛС5 с помощью автоматического выключателя QF2 в силовом пункте СП1.

Подготовка, включение и опробование работы комплектных электроприводов переменного тока типа FR-Е 540 производится в следующей последовательности:

а) на рабочем лабораторном стенде с помощью магнитного пускателя КМ4 (или КМ5) подается электропитание на преобразователь частоты. Начинает работать вентилятор преобразователя частоты и загораются цифровой и световые индикаторы;

б) с помощью тумблера «Пуск» на щите управления подается команда «Вращение вперед». На цифровом индикаторе устанавливается значение частоты, равное 5 Гц, и асинхронный двигатель начинает вращаться с малой скоростью, соответствующей данной частоте;

в) с помощью кнопки «Больше» на щите управления производится плавное увеличение частоты выходного напряжения преобразователя частоты до значения 50 Гц. При этом скорость вращения асинхронного двигателя плавно увеличивается до максимальной величины;

г) с помощью кнопки «Меньше» на щите управления производится плавное уменьшение частоты выходного напряжения преобразователя частоты до значения 5 Гц. При этом скорость вращения асинхронного двигателя плавно уменьшается до минимальной величины;

д) производится повторение операций в соответствии пунктам в и г. При этом необходимо задать 4 значения частоты выходного напряжения преобразователя и произвести измерения активной мощности, напряжения, тока и скорости вращения;

е) производится включение неуправляемого выпрямителя ВН2 и подаётся напряжение на обмотки возбуждения генераторов рабочих лабораторных стендов с помощью соответствующих автоматических выключателей на щитах управления;

ж) производится повторение операций в соответствии с пунктом д, но при работе преобразователей частоты под нагрузкой. Для этой цели на каждой частоте вращения к выходу нагрузочного генератора производится поочередное подключение ламп накаливания с помощью переключателей на щитах управления. Затем нагрузочные лампы накаливания поочерёдно отключаются.

После завершения операций по опробованию работы лабораторной установки и комплектного электропривода переменного тока типа FR-Е 540 производится их плановое отключение в следующей последовательности:

а) отключаются все лампы накаливания от нагрузочного генератора;

б) частота выходного напряжения преобразователя уменьшается до 5 Гц;

в) отключается напряжение питания обмоток возбуждения генераторов;

г) отключается напряжение питания преобразователей частоты;

д) снимается сигнализация работы лабораторных стендов;

е) выключается неуправляемый выпрямитель ВН2;

ж) отключается напряжение питания лабораторных стендов ЛС4 и ЛС5 с помощью автоматического выключателя QF2 в СП1;

з) отключается напряжение собственных нужд лабораторных стендов с помощью автоматического выключателя QF4 в СП2.

Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3.

Таблица 4.

Вывод

Лабораторная установка предназначена для исследования замкнутых систем электропривода переменного тока. В ходе работы были измерены напряжение, ток и мощность при разных частотах. Опыт показал, что с увеличением частоты происходит увеличение напряжения, тока и мощности.

Размещено на Allbest.ru