Содержание к диссертации
Введение
1. Нагружающие устройства для испытания электрических машин 10
1.1. Классификация нагружающих устройств 10
1.2. Электроприводы с полной рекуперацией энергии 14
1.3. Анализ действующих государственных стандартов, регламентирующих испытания электрических машин 20
1.4. Сравнительный анализ электроприводов 27
Выводы 32
2. Выбор базовой системы управления нагружающего устройства 34
2.1. Требования, предъявляемые к системе управления нагружающего устройства 34
2.2. Описание транзисторного преобразователя частоты 35
2.3. Математическая модель и векторное управление асинхронным двигателем 40
2.4. Управление нагружающей машиной в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора 49
2.5. Расчет регуляторов системы подчиненного регулирования 51
Выводы 60
3. Разработка нагружающего устройства на базе частотно-регулируемого электропривода 61
3.1. Общее описание системы 61
3.2. Схема включения инверторов с общим звеном постоянного тока 62
3.3. Расчет нагрузок и методика выбора силового оборудования группового электропривода нагружающего устройства 66
3.4. Регулирование потокосцепления ротора нагружающей машины 73
3.5. Регулирование скорости вращения нагружающей машины 77
3.6. Моделирование переходных процессов нагружающего устройства 80
Выводы 83
4. Практическая реализация нагружающего устройства. Исследование лабораторного стенда 85
4.1. Технические средства лабораторного стенда 85
4.2. Описание программного продукта 89
4.3. Определение универсальных зависимостей кривой намагничивания двигателей серии 5А на примере испытываемой машины 95
4.4. Исследование работы стенда в режиме нагружения 98
4.5. Исследование работы нагружающей машины в режиме энергосбережения при малых значениях коэффициента загрузки 108
4.6. Исследование работы регулятора скорости нагружающей машины 109
4.7. Проведение контрольных испытаний на стенде 111
Выводы 113
Заключение 114
Библиографический список 116
Приложение 1 Фрагменты математической модели нагружающего устройства в VisSim 5.0 126
Приложение 2 Графики переходных процессов математической модели нагружающего устройства 133
Приложение 3 Листинг программы управления лабораторным стендом, выполненной в Microsoft Visual Basic 6.5 138
Приложение 4 Фотографии лабораторного стенда 160
Приложение 5 Практическое применение результатов диссертационной работы 164
- Анализ действующих государственных стандартов, регламентирующих испытания электрических машин
- Схема включения инверторов с общим звеном постоянного тока
- Описание программного продукта
- Исследование работы регулятора скорости нагружающей машины
Введение к работе
Актуальность работы. Для предотвращения простоев в работе производственных агрегатов, вызванных выходом из строя электрических машин, на крупных предприятиях существуют электроремонтные подразделения. После ремонта каждая электрическая машина проходит обязательные сертификационные испытания на контрольно-испытательном стенде, для проведения значительной части которых требуется универсальное нагружающее устройство, обеспечивающее поддержание требуемых значений момента и скорости вращения испытываемого двигателя.
В связи с тем, что мощность испытываемых двигателей может достигать сотен киловатт, а время испытания одного - нескольких часов, особое внимание при выборе электропривода нагружающего устройства следует уделить снижению потерь. Во время работы электроустановки высока вероятность выхода из строя испытываемой машины из-за дефектов, поэтому система управления электроприводами должна обеспечивать нормальный останов нагружающего устройства при неисправностях в испытываемой машине. Поэтому исследования, направленные на разработку и совершенствование системы управления групповым электроприводом нагружающего устройства, отвечающего указанным требованиям, являются актуальными.
Целью работы является повышение качества диагностики асинхронных двигателей на стенде благодаря использованию автоматизированной системы управления групповым электроприводом нагружающего устройства.
Идея работы заключается в разработке системы управления нагружающего устройства на основе группового асинхронного электропривода с общим звеном постоянного тока инверторов, осуществляющей регулирование потокосцепления ротора нагружающей машины в зависимости от частоты вращения ротора и требуемого момента на ее валу, а выходной частоты тока – от частоты тока на выходе инвертора испытываемого двигателя.
Научная новизна заключается:
- в полученной методике расчета энергетических показателей группового электропривода нагружающего устройства, отличающегося от известных использованием схемы включения инверторов с общим звеном постоянного тока;
- в разработанной математической модели нагружающего устройства, отличающейся использованием систем управления электроприводами со скалярным и векторным управлением асинхронными двигателями;
- в полученных законах регулирования потокосцепления и скорости вращения нагружающей машины, которые, в отличие от известных законов, позволяют значительно снизить потребляемый ток и обеспечить надежный останов устройства при выявлении неисправности в испытываемой машине;
- в разработанном методе расчета электромагнитного момента, развиваемого асинхронным двигателем при скалярном законе управления, отличающемся учетом влияния размагничивания магнитной цепи асинхронного двигателя и падения напряжения в цепи статора.
Практическая ценность работы состоит:
- в использовании расчетной методики выбора силового оборудования группового электропривода в электроустановках с асинхронными двигателями, работающими в режиме взаимного нагружения;
- в использовании разработанных законов управления и принципов при создании нагружающих устройств для испытания асинхронных двигателей;
- в повышении точности регулирования момента при ослаблении потокосцепления асинхронного двигателя благодаря учету степени размагничивания его магнитопровода.
Методы и объект исследования. В диссертационной работе использовались методы математического моделирования, теории автоматического управления и экспериментального подтверждения, принцип подчиненного регулирования параметров. Объектом исследования является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с транзисторным инвертором в цепи статора.
Достоверность результатов и выводов подтверждается математическим обоснованием разработанных алгоритмов, сопоставимостью показателей экспериментальных и теоретических исследований; предварительной выборкой используемых значений переменных, полученных от преобразователей частоты.
Реализация работы. Схемные решения и алгоритмы управления электродвигателями нагружающего устройства были реализованы в лабораторном стенде ООО «Промэлектроника». Результаты работы использовались при модернизации автоматизированной системы управления агрегата продольной резки в цехе ЛКП ЗАО «Эксергия», где ожидаемый экономический эффект за счет снижения электрических потерь составляет 120 тыс. руб. в год.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ЛГТУ «Энергетика и энергоэффективные технологии» (г. Липецк, октябрь 2006 г.); на II ежегодной международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (г. Липецк, октябрь 2007 г.); на V всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Управление большими системами» (г. Липецк, октябрь 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ общим объемом 29 печатных листов, из них одна – в издании из перечня ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 5 приложений. Общий объем диссертации составляет 168 страниц, 26 рисунков, 6 таблиц, библиографический список из 96 наименований, приложений на 43 страницах.
Анализ действующих государственных стандартов, регламентирующих испытания электрических машин
Благодаря широкому диапазону номинальных мощностей и скоростей вращения, глубокому регулированию скорости, надежности и высоким энергетическим показателям наиболее широкое распространение в промышленности в качестве приводов вращения получили электроприводы постоянного и переменного тока [70]. Специфической особенностью работы электроприводов на металлургических предприятиях являются ударные нагрузки, перепады и высокое значение температуры на производстве, широкое регулирование скорости с постоянной мощностью. Все это предъявляет жесткие требования к надежности электрических машин, к диагностике их состояния и ремонту.
Средний и капитальный ремонт электрических машин производится в электроремонтных цехах предприятий. Во время ремонта электрическая машина или ее отдельные узлы проходят технологические испытания, обеспечивающие оперативный контроль качества ремонта электрооборудования на каждой его стадии. По окончанию ремонта каждая электромашина проходит обязательные сертификационные испытания на контрольно-испытательном стенде. Цель контрольных испытаний - проверка электрической машины на соответствие ее технического состояния требованиям государственных стандартов и технических условий, принятие решения о дальнейшем ее использовании на производ-стве[28]. Недостаточно полная программа испытаний может не выявить брак в отремонтированных машинах, что приведет к авариям и дополнительным простоям на производстве.
Стандартизация - установление и применение правил с целью упорядочения деятельности на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности, для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении функциональных условий и требований техники безопасности. Стандартизация во многом не только определяет достигнутый уровень производства, но и является одним из стимулов прогресса науки и техники [7]. Широкое и разнообразное применение электротехнической продукции, а также развитие международной торговли вызвало необходимость создания национальной (Госстандарт РФ) и международной стандартизации (Международная электротехническая комиссия (IEC), Германский промышленный стандарт (DIN)).
На территории Российской Федерации действует ряд государственных стандартов, определяющих объем, порядок и правила проведения испытаний вращающихся электрических машин. Действующие стандарты пригодны для проведения сертификационных испытаний электрических машин, хотя и не являются обязательными. Остановлюсь на требованиях стандартов к испытаниям, для проведения которых необходимо и достаточно создаваемого нагружающего устройства.
Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе в практически холодном и нагретом состоянии [16] надлежит производить методом вольтметра и амперметра или методом двойного моста. При измерении сопротивления в практически холодном состоянии значение измерительного тока для медной обмотки не должно превосходить 15—20 % номинального тока данной обмотки, а продолжительность его протекания — 1 мин. Измерение сопротивления каждой обмотки производить не менее 3 раз.
Проверку номинальных данных машины [15] проводят на основании рабочей характеристики двигателя, внешней характеристики двигателя, регулировочной характеристики, коэффициента полезного действия, коэффициента мощности и испытания на нагревание. Для машин мощностью до 200 кВт проверку проводят в заданном режиме не менее 60 мин.
Испытание машины при повышенной частоте вращения [16] следует производить, плавно повышая частоту до заданного значения, затем необходимо выдержать при этом значении в течение 2 мин и плавно снизить до полной остановки машины. Частоту вращения рекомендуется измерять дистанционными методами. Испытание следует проводить по возможности непосредственно после испытания на нагревание.
Характеристику холостого хода электромашины [15] с последовательным возбуждением определяют только при независимом возбуждении. У машины со смешанным возбуждением обмотка последовательного возбуждения не должна быть нагружена током обмотки параллельного возбуждения. Испытываемую машину приводят во вращение двигателем любого вида и частоту вращения поддерживают постоянной. Во время испытания ток возбуждения, начиная с максимального значения, плавно и только в одном направлении уменьшают до нуля, фиксируя значения напряжения на якоре и тока возбуждения. Для асинхронных двигателей в качестве характеристики холостого хода будет сниматься зависимость тока статора от напряжения на статоре при номинальной частоте вращения двигателя.
Предлагаемые в стандарте методы определения момента инерции ротора [16] не подходят для проведения на создаваемой установке. Методы крутильных колебаний и вспомогательного маятника требуют применения дополнительного механического оборудования, а в методе самоторможения следует знать механические потери. Определение момента инерции ротора будет производиться согласно уравнению движения электрической машины во время разгона машины от 0 до 120 % от номинальной частоты вращения. При этом статический момент на валу, обусловленный различными потерями в электромашине, должен быть определен для всего рабочего диапазона скорости.
Испытание на нагревание электрической машины [16] следует проводить в номинальном режиме. Испытание на нагревание электрической машины в продолжительном номинальном режиме S1 следует проводить при практически неизменных параметрах режима до практически установившейся температуры всех частей машины. Для сокращения продолжительности испытания машину допускается перегрузить в начале испытания. Продолжительность одного рабочего цикла в режимах S3 и S6 при отсутствии иных указаний следует принимать равной 10 мин, а в прочих режимах (S4, S5, S7 и S8) в соответствии с номинальным числом рабочих циклов в час; при этом продолжительность включения (ПВ) или продолжительность нагрузки (ПН), а также коэффициент инерции для режимов S4, S5, S7 и S8 должны соответствовать номинальным значениям. Испытание может быть закончено, когда температура всех частей машины, измеряемая в процессе испытания, достигнет практически повторяющихся значений.
Определение потерь и коэффициента полезного действия непосредственными методами [18] должно проводиться при температуре машины, по возможности более близкой к той, которая достигается в конце периода работы, установленного номинальным режимом. Метод измерения механической мощности — метод непосредственного определения, при котором механическая мощность на валу машины, отдаваемая в случае двигателя или подводимая в случае генератора, определяется как произведение измеренного вращающего момента на угловую частоту вращения, а электрическая мощность, подводимая в случае двигателя или отдаваемая в случае генератора, измеряется электроизмерительными приборами.
Испытание обмотки якоря на электрическую прочность междувитковой изоляции [16, 17] надлежит проводить на холостом ходе испытуемой электрической машины повышением напряжения обмотки якоря на 30 % сверх номинального значения, выдержав его в течение 3 мин. Для асинхронных двигателей с фазным ротором испытание следует проводить сразу для обеих обмоток при неподвижной машине и разомкнутой вторичной обмотке.
Испытание при кратковременной перегрузке по току или вращающему моменту [16, 17] следует проводить при температуре всех ее частей, по возможности близкой к температуре, соответствующей номинальному режиму работы. При испытании следует создать перегрузку по току или моменту на 50 % от номинального значения и выдержать ее в течение 2 мин для машин с непосредственным охлаждением, в течение 1 мин - с принудительным охлаждением, после чего разгрузить машину. При перегрузке по моменту напряжение должно иметь номинальное значение, а ток возбуждения синхронных двигателей или двигателей постоянного тока - соответствовать номинальному режиму работы.
Схема включения инверторов с общим звеном постоянного тока
Большинство существующих электроустановок состоит из нескольких электроприводов, работающих независимо или имеющих механические связи. Для таких установок целесообразна работа инверторов (преобразователей частоты) с общим звеном постоянного тока, когда энергия, отдаваемая электромашинами, работающими в режиме рекуперативного торможения, передается по звену постоянного тока к машинам, работающим в двигательном режиме, что снижает потери в силовых цепях преобразователей (групповой электропривод).
Нагружающее устройство состоит из двух электроприводов, один из которых в статическом режиме работает в двигательном режиме, а другой — в генераторном режиме, нагружая первый. Поэтому высокий КПД электроустановки обеспечивает схема включения инверторов с общим звеном постоянного тока. В статическом режиме потребляемая мощность машины, работающей в двигательном режиме, в общем случае больше мощности машины, генерирующей энергию, из-за потерь в электрических и механических частях приводов. Поэтому не скомпенсированная энергия возникает в звене постоянного тока только при торможении установки.
Преобразователи частоты, работающие по схеме с общим звеном постоянного тока, могут быть подключены к сети одним из двух способов [80]:
- при подключении одного преобразователя или блока выпрямления к сети суммарная потребляемая мощность не должна превышать допустимого для этого преобразователя значения; остальные инверторы и модули торможения подключаются к звену постоянного тока с использованием сверхбыстрых предохранителей; коммутация цепи в звене постоянного тока под напряжением может привести к срабатыванию предохранителей;
- подключение всех преобразователей и к сети, и к звену постоянного тока требуется в тех случаях, когда должна быть обеспечена полная мощность, как в двигательном, так и генераторном режиме; можно подключать только преобразователи одного или ближайших типоразмеров; применение сетевых дросселей обязательно.
Первый способ включения инверторов с общим звеном постоянного тока предпочтительнее, так как он не только позволяет подключать преобразователи различной мощности, но и сокращает установочную площадь под коммутационную аппаратуру, которая ставится одна на все приводы [93]. Схема подключения инверторов к общему звену постоянного тока стала базовой при построении силовых схем электроприводов на базе серий «SEMAMICS» («Siemens»).
Для системы электроснабжения электроремонтного цеха нагружающее устройство является мощным потребителем, оказывающим существенное влияние на качество электроснабжения. Основную часть электропотребителей цеха составляют установки с индуктивным характером нагрузки: нагревательные элементы печей, станки, мостовые краны, передаточные тележки. Работа активного выпрямителя в режиме поддержания заданного коэффициента мощности позволит скомпенсировать реактивный ток, потребляемый другими электроустановками, при этом в качестве заданного значения следует использовать реактивный ток на низковольтной стороне трансформатора цеховой подстанции, от которого запитано нагружающее устройство. Система подчиненного регулирования выпрямителя содержит двухконтурный канал регулирования напряжения с внутренним контуром регулирования активного тока и внешним контуром регулирования напряжения звена постоянного тока, а также канал регулирования реактивного тока [11].
Для работы активного выпрямителя требуются сетевой дроссель, ограничивающий ток выпрямителя, и активный сетевой фильтр для минимизации излучаемых в сеть высокочастотных помех [94]. Активный фильтр является введенным в сеть последовательным источником напряжения с управляемым искажением, при этом вносимые им искажения находятся в противофазе с уже имеющимися искажениями и компенсируют их в результирующей кривой тока сети [2]. Активный выпрямитель параметрируется на работу синхронно с сетью, потребляя из сети заданный реактивный ток (заводская уставка — потребление из сети только активного тока). Выпрямитель не требует дополнительного управления со стороны контроллера — при работе используются внутренние алгоритмы управления силовыми транзисторными модулями.
Нагружающее устройство предназначено для испытания асинхронных двигателей. Наиболее высокие энергетические показатели устройства обеспечивает групповой электропривод на базе транзисторных инверторов напряжения с общим звеном постоянного тока (рис. 3.1).
На рис. 3.1 используются следующие обозначения: Ml — нагружающий асинхронный двигатель (НМ), М2 — испытываемый асинхронный двигатель (ИМ), BR- датчик скорости на валу НМ, UZ1 — инвертор НМ, UZ2 - инвертор ИМ, UZ3 - активный выпрямитель, QF1 — автоматический выключатель, КМ1 — контактор переменного тока, ZF1 — сетевой фильтр, LR1 — сетевой дроссель.
Используемый для питания инверторов активный выпрямитель снижает влияние колебаний напряжения сети, регулирует потребляемый из сети реактивный ток, а также обеспечивает возврат энергии в сеть при торможении. Благодаря применению активного фильтра значительно снижается генерация электроустановкой высокочастотных помех в сеть.
Так как в настоящее время все чаще асинхронные двигатели работают не только в двигательном, но и в генераторном режиме (грузоподъемные механизмы, разматыватели, натяжные устройства), система управления нагружающего устройства должна обеспечивать проверку работы испытываемой машины в четырех квадрантах. Если предполагается использовать нагружающее устройство для испытания машин-постоянного тока, то силовую часть электроустановки необходимо дополнить тиристорным преобразователем с необходимой коммутационной аппаратурой, элементами защиты и дросселями.
Описание программного продукта
При создании пользовательской программы, обеспечивающей управление лабораторным стендом, формирование команд и обработку информации, поступающей от инверторов, а также визуализацию состояния стенда, использовалось программное обеспечение Microsoft Visual Basic 6.5 [87]. Разработанная программа имеет один видеокадр (рабочее окно), на котором изображены все органы управления и индикации (см. рис. 4.3). Рабочее окно программы разбито на три части. В левой части экрана расположены объекты, относящиеся к испытываемой машине, в правой — к нагружающей машине, а в средней части - объекты, относящиеся к обеим машинам.
Для каждого из преобразователей частоты могут быть выбраны до 8 параметров для мониторинга, такие как установленная и выходная частота, выходные ток и напряжение, текущая скорость вращения. Кроме того, для каждого из ПЧ могут быть считаны слова состояния, состояние битов которых показывается цветом соответствующего сигнализатора. С помощью кнопок «Считать значения мониторинга» и «Считать слово состояния» можно считать соответствующие значения параметров.
Кнопки «Сброс ПЧ» предназначены для программного сброса инверторов. Во время перезагрузки системы управления отсутствует связь с соответствующим ПЧ. При нажатии на кнопки «Вращение вперед», «Останов» и «Вращение назад» соответствующая команда управления пересылается в ПЧ.
Для того, чтобы изменить установленное в инверторе значение частоты, необходимо ввести в соответствующее поле требуемое значение и нажать кнопку «Записать». Программа автоматически отформатирует введенное значение, ограничив его значение соответствующими уставками. Кроме того, пользователь может изменить для испытываемого двигателя напряжение, соответствующее номинальной частоте (50 Гц, параметр 19), а для нагружающей машины - значение ограничения момента (моментообразующей составляющей тока, параметр 22). Так как значения параметров 19 и 22 не могут быть считаны с помощью функции специального мониторинга, то помимо кнопок «Записать» имеют место кнопки «Считать», после нажатия на которые в соответствующих полях показывается текущее значение параметра. Изменение параметра 19 необходимо для снятия кривой намагничивания двигателя, а параметра 22 - для регулирования момента.
Инвертор UZ1 может работать как в режиме регулирования скорости, когда при отключенном инверторе UZ2 производится поддержание установленной скорости, так и в режиме нагружения (регулирования момента), когда специальный алгоритм поддерживает регулятор скорости в режиме ограничения (в слове состояния инвертора активен бит «Перегрузка»), тем самым осуществляется регулирование момента.
Пользователь может послать произвольную команду одному из инверторов, активировав режим эксперта. При этом управляющие коды и контрольная сумма добавляются автоматически. В соответствующем окне отображается ответ на произвольную команду без управляющих кодов. Кроме того, имеется возможность работы в режиме непрерывного обмена данными с ПЧ, который активируется и деактивируется с помощью кнопок «Начать» и «Остановить». При этом производится циклический обмен данными с ПЧ, во время которого постоянно считываются значения мониторинга и слова состояния, а при нажатии на активные кнопки чтение или запись выбранных параметров, а также запись управляющего слова. Циклический обмен данными включается автоматически, при переводе нагружающей машины в режим регулирования момента. В программе имеются блокировки, запрещающие действия, приводящие к ошибкам в работе программы или аварийным режимам, например, одновременному включению инверторов в режиме регулирования скорости.
Для корректного чтения информации из буфера СОМ-порта в программе с помощью процедуры Wait реализована задержка времени (50 мс) при задержке ответа инвертором в 10 мс (параметр 123 = 1), в течение которой инвертор обрабатывает запрос и формирует ответ компьютеру. После посылки запроса инвертору в программе производится очистка буфера чтения, поэтому на время обработки программно запрещается посылка новых запросов компьютером, за исключением команды сброса инвертора. Во время циклического обмена данными при нажатии на требуемую кнопку выставляется флаг, отвечающий за формирование запроса в текущем цикле. Полный код команды чтения параметра, слова состояния или записи команды управления формируется с помощью процедуры TxComand , при этом в основной программе формируется информативная часть команды (Code), состоящая из номера станции, кода команды и времени ожидания. В процедуре производится вычисление контрольной суммы и добавление к полученному выражению управляющих кодов (ENQ и CR/LF).
Процедура формирования команды записи параметра или установленной частоты TxZadZnach имеет более сложный алгоритм и три переменные:
- Code — заданное значение без разделителя целой и дробной части;
- LnW - количество символов в пересылаемых данных (обычно 4);
- Inst - код инструкции для записи задания.
В процедуре заданное значение преобразуется в шестнадцатиричный формат и дополняется нулями слева до требуемого количества символов. После чего вычисляется контрольная сумма и формируется полный код команды из кода инструкции, преобразованного значения, контрольной суммы и управляющих кодов (ENQ и CR/LF).
Введенное заданное значение (Code) форматируется в процедуре ProvFor-mat , в результате чего получается значение с заданным количеством знаков до (А) и после (В) разделителя (запятой). Кроме того, значение ограничивается минимальной (Min) и максимальной (Мах) уставками, допустимыми для данной переменной.
В программе производится проверка данных, поступающих от инверторов. Если ответ содержит отчет о выполнении команды, то он проверяется на наличие правильного управляющего кода (ASK) и на соответствие номера станции запрашиваемой. В случае ошибки на экране появляется надпись «ошибка соединения», исчезающая после получения следующего правильного ответа.
Если в ответе инвертора содержится полезная информация (значение параметра или функции мониторинга), то помимо проверки данных (управляющего кода, номера станции и контрольной суммы) производится вычленение полез 94 ных данных и преобразование формата в процедуре FormatZnachl1. В процедуре происходит преобразование значения в десятичный код, вьщеление дробной части в зависимости от параметра и дополнение нулями слева до целого числа.
Вычленение битов состояния инвертора из его слова состояния осуществляется путем сдвига разрядов влево. Для каждого числа (4 бита состояния) полученного слова производится циклическая проверка на наличие логической единицы в старшем разряде (значение больше 7). Если это имеет место, то от значения отнимают 8, а бит становится активным (зеленый или красный цвет). После этого производится сдвиг разрядов влево - умножение на два — повторяются описанные манипуляции со следующим битом. Неактивные биты (логические нули) в слове состояния становятся бесцветными
Для получения значения мониторинга необходимо послать две команды: команду выбора параметра для мониторинга (формируется с помощью процедур CodeSpM и TxComand ) и команды чтения значения специального мониторинга. В программе последовательно производится чтение значения мониторинга для каждой активной вкладки. Неактивные вкладки очищаются.
В режиме нагружения (регулирования момента) автоматически включается режим непрерывного обмена данными. После установки частоты испытываемой машины и значения ограничения момента для нагружающей машины необходимо подать команду вращения вперед / назад для испытываемой машины, автоматически выдается аналогичная команда и для испытываемой машины. Далее в программе производится циклически чтение выходной частоты инвертора испытываемой машины и вычисление заданной частоты нагружающей машины по формуле: f;=3-f2±10ri , (4.1) где f2 - текущие значения выходной частоты инвертора испытываемой машины, Гц. После подачи команды на останов испытываемой машины, нагружающая машина продолжает работать в режиме регулирования момента до тех пор, пока выходная частота UZ2 не станет ниже 3 Гц, после чего подается команда на останов нагружающей машины. В случае пропадания связи (ошибки соединения) с инвертором испытываемой машины, значение f2 принимается равным О Гц и нагружающая машина начинает тормозиться до 0 или 10 Гц в зависимости от знака ограничения момента.
Листинг разработанной программы, управляющей инверторами лабораторного стенда, приведен в ПРИЛОЖЕНИИ 3.
Исследование работы регулятора скорости нагружающей машины
Регулятор скорости нагружающей машины обеспечивает поддержание заданной скорости только в тех режимах, когда испытываемая машина находится без питания (транзисторы инвертора FR-A500 закрыты): в наладочном режиме, при измерении момента холостого хода НУ. Для оптимизации работы контура скорости была произведена подстройка коэффициента пропорциональности регулятора скорости: значение коэффициента снижалось до тех пор, пока не исчезли динамические перегрузки по моменту при работе на частотах ниже 2 Гц. В результате значение параметра 820 (пропорциональное усиление при регулировании частоты вращения) было снижено с 60 % (исходное значение) до 20 %. В остальных режимах работы НУ регулятор скорости НМ находится в режиме ограничения момента, поддерживая заданное значение активной (моментообра-зующей) составляющей тока статора (параметр 22). При этом система управления вычисляет задание на скорость НМ по (4.1).
Инвертор нагружающей машины обеспечивает работу двигателя в векторном режиме управлении при изменении установленной частоты вращения от 0 до 120 Гц (при номинальной частоте 50 Гц). Дальнейшее увеличение установленной частоты в этом режиме невозможно. Если с помощью испытываемой машины разогнать НМ до более высокой скорости в режиме ограничения момента, инвертор FR-A700 принудительно отключит двигатель без установки в слове состояния бита «Авария». Дальнейшая работа НМ возможна при подаче новой команды «Пуск».
Задание на скорость НМ вычисляется один раз в каждом цикле обработки процедуры Work . Время обработки процедуры зависит от количества считываемых параметров мониторинга и другихх команд (записи слов управления, задания на скорость, величины ограничения момента). Время считывания параметра мониторинга составляет 100 мс, прочих команд - 50 мс, что связано со временем обработки запроса инверторами по протоколу Mitsubishi. Общее время обработки одного цикла процедуры Work обычно составляет 1-2 с. Нагружающее устройство обладает низким моментом инерции, поэтому в переходных процессах регулятор скорости нагружающей машины выходит из ограничения, о чем можно судить по величине активной составляющей тока и значению бита «Перегрузка (OL)» в слове состояния инвертора FR-A700.
В ходе проведения опытов была подтверждена работоспособность алгоритма вычисления скорости НМ (смотри п. 3.5) в аварийных режимах. При продолжительной работе испытываемой машины на частоте 5 Гц в режиме на-гружения инвертор FR-A500 выдавал ошибку (защита двигателя от перегрузки по току) и отключал двигатель. При этом НМ плавно тормозилась до 0 или 10 Гц в зависимости от знака ограничения момента. После сброса инвертора FR-А500 можно было остановить вращающуюся нагружающую машину, подав команду «Останов» испытываемой машине.
