Размещено на http://www.allbest.ru/

30

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ СПО

Краснотурьинский индустриальный колледж

XIVКОНКУРС

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ И СРЕДНИХ СПЕЦИАЛЬНЫХ

УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«НАУЧНЫЙ ОЛИМП»

Направление конкурса: «Технические науки»

научно-исследовательская работа

Интеллектуальные устройства управления - основа энергосберегающих технологий

Выполнил: студент

Ряпусов Д.А.

Краснотурьинск 2011г.

Содержание

частотный регулируемый электропривод интеллектуальное реле

Введение

1.Частотно-регулируемый электропривод. Особенности современного электропривода

1.1 Способы останова и режимы торможения электродвигателя

2. Использование преобразователей частоты

2.1 Области применение частотно-регулируемого электропривода в системах водоснабжения, отопления и вентиляции

2.2 Применение регулируемого электропривода для задач поддержания уровня в резервуарах

3. База современных интеллектуальных средств управления

3.1 Применение интеллектуальных средств управления

3.2 Что такое LOGO?

3.3 Возможности интеллектуальных реле LOGO! в области энергосбережения

3.4 Освещение лестничной клетки или коридора

3.5 Подключение системы освещения с LOGO! 230 RС

4. LOGO! - как оборудование учебной лаборатории

5.Частотный привод MICROMASTER 420

6.Примеры лабораторных работ

Заключение

Источники информации

Введение

Современная экономика, которая включает сферу производства и жизнеобеспечение человека, может быть конкурентоспособной только в том случае, если потребление энергии является минимальным.

Энергосбережение в любой сфере сводится по существу к снижению бесполезных потерь электроэнергии. В 2010 году объем производства электроэнергии в России составил 1037 млрд кВт/ч.

Анализ структуры потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что определяющая доля потерь (до 90 %) приходится на сферу энергопотребления, тогда как потери припередачи электроэнергии составляют лишь 9 - 10 %.

Основными направлениями экономии электроэнергии являются:

1. Внедрении энергосберегающих технологий производства

2. Внедрение интеллектуальных средств управления.

Существует много путей экономии электроэнергии, но одним из важнейших направлений является усовершенствование оборудования для освещения. Замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы позволяет сократить расходы на электричество на 40% и более. При этом светоотдача остается прежней, а срок службы источников света значительно увеличивается.

К интеллектуальным средствам управления относятся современные средства автоматики, т.е. автоматизированные средства управления. В состав, которых входит средства обработки информации и формирования управляющих сигналов, и исполнительные устройства от эксплуатации которых зависит энергоэффективность производства.

В качестве исполнительных двигателей наиболее перспективными являются двигатели переменного тока с частотно-регулируемым приводом.

В последние годы на БАЗе внедрено большое количество частотных преобразователей частотных преобразователей для регулирования переменных нагрузок на электродвигателях. Основная часть ЧП (87%) применена в глинозёмном цехе на насосном хозяйстве.

Установка ЧП на центробежных насосах позволяет:

- исключать задвижки как орган регулирования производительностью насосов;

- значительное снижение пусковых токов по сравнению с нерегулируемым приводом;

- осуществлять плавный пуск, позволяющий избегать гидравлических ударов;

- надёжно защищать электродвигатели от аварийных режимов;

- снижать потребление реактивной мощности.

Внедрение 14 преобразователей на главных приводах поршневых насосов позволяет в год экономить до 2,25 млн. кВт·час электроэнергии.

Экономия электроэнергии от применения только 44 преобразователей частоты на центробежных насосах глинозёмного цеха составляет до 9,46 млн. кВт·час в год.

Внедрение ЧП становится значительным шагом в области комплексной автоматизации технологического процесса, с целью получения информации в реальном времени о множестве параметров в пункте управления процессом.

Ввиду того, что ПЧ является первым устройством отклика на изменение параметров системы и несёт в себе множество необходимых для этого функций, его можно рассматривать как неотъемлемую часть дальнейшей автоматизации технологических процессоров.

В работе производится обзор современных средств управления, как необходимого условия обеспечения энергоэфективности.

1. Частотно-регулируемый электропривод. Особенности современного электропривода

Электропривод включает в себя электрический двигатель, преобразователь электрической энергии (например, преобразователь частоты) и систему управления. В промышленности и быту применяются двигатели переменного и постоянного тока. Исторически сложилось, что для регулирования скорости вращения чаще использовали двигатели постоянного тока. Преобразователь в данном случае регулировал только напряжение, был прост и дешев. Однако двигатели постоянного тока имеют сложную конструкцию, критичный в эксплуатации щеточный аппарат и сравнительно дорогие. Асинхронные двигатели широко распространены, надежны, имеют относительно невысокую стоимость, хорошие эксплуатационные качества, но регуляторы скорости их вращения из-за сложности систем электронного регулирования частоты питающего напряжения стоили до начала 80-х годов дорого и не обладали качествами, необходимыми для широкого внедрения в индустрию. Благодаря бурному развитию электроники и появлению недорогих преобразователей частоты стало возможным регулирование скорости вращения асинхронных двигателей в широких масштабах. Быстрый рост рынка преобразователей частоты для асинхронных двигателей не в последнюю очередь стал возможен в связи с появлением новой элементной базы -- силовых модулей на базе IGBT (InsulatedGateBipolarTransistor -- биполярный транзистор с изолированным затвором), рассчитанных на токи до нескольких килоампер, напряжение до нескольких киловольт и имеющих частоту коммутации 30 кГц и выше.

Для лучшего понимания принципов, лежащих в основе электронных систем регулирования скорости вращения, напомним устройство асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором -- наиболее массового, повсеместно применяемого типа электродвигателя. Достаточно сказать, что суммарный объем электроэнергии, используемой для приведения в движение всех приводов с асинхронными двигателями, составляет более 50% всей потребляемой электроэнергии. Такой двигатель имеет неподвижный статор с обмотками, образующими полюса, и подвижный короткозамкнутый ротор. При приложении к статорным обмоткам электродвигателя трехфазного напряжения статорными токами, сдвинутыми относительно друг друга на 120 градусов, формируется вращающееся магнитное поле статора. Это поле индуцирует в роторе токи, порождающие собственное поле ротора, которое вращается синхронно с полем статора и образует общий вращающий поток двигателя. В результате взаимодействия токов ротора с магнитным потоком возникают действующие на проводники ротора механические силы и вращающий электромагнитный момент. При этом для создания момента необходимо, чтобы статорное поле вращалось со скоростью выше частоты вращения ротора. Эта разница в скорости вращения называется скольжением.

Скорость ротора асинхронного электродвигателя можно регулировать изменением частоты питающего напряжения, амплитуды питающего напряжения, числа пар полюсов статора.

Для изменения скорости вращения асинхронного электродвигателя наиболее широко используются устройства, позволяющие менять частоту подводимого напряжения -- полупроводниковые преобразователи частоты. В простейшем случае частотного регулирования управление скоростью вращения осуществляется путем изменения частоты и амплитуды напряжения трехфазного источника питания. Как известно, регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты подводимого к статору напряжения возможно как в сторону снижения скорости, так и в сторону увеличения скорости выше номинальной. При регулировании частоты вниз от номинальной можно выбрать такой закон частотного управления (соотношение между частотой и амплитудой питающего напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя), что магнитный поток машины будет поддерживаться неизменным. В этом случае максимальный момент двигателя сохраняется неизменным, и таким образом обеспечивается постоянство перегрузочной способности во всем диапазоне регулирования при неизменном моменте нагрузки. При регулировании частоты вверх от номинальной, что возможно у преобразователей частоты с промежуточным контуром постоянного тока, имеет место режим снижения магнитного потока двигателя, поскольку амплитуда напряжения остается неизменной на уровне ее номинального значения.

Существует два основных типа преобразователей частоты: с непосредственной связью и с промежуточным контуром постоянного тока. В первом случае выходное напряжение синусоидальной формы формируется из участков синусоид преобразуемого входного напряжения. При этом максимальное значение выходной частоты принципиально не может быть равным частоте питающей сети. Частота на выходе преобразователя этого типа обычно лежит в диапазоне от 0 до 25-33 Гц. Но наибольшее распространение получили преобразователи частоты с промежуточным контуром постоянного тока, выполненные на базе инверторов напряжения. Структурная схема такого преобразователя приведена на рисунке 1.

Переменное напряжение сети преобразуется с помощью диодного выпрямителя, а затем сглаживается в промежуточной цепи индуктивно-емкостным фильтром. И, наконец, инвертор, выходной каскад которого обычно выполняется на основе IGBT-модулей, осуществляет обратное преобразование из постоянного тока в переменный, обеспечивая формирование выходного сигнала с необходимыми значениями напряжения и частоты. Наиболее часто в инверторах применяется метод высокочастотной широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Возможный диапазон регулирования частоты -- от 0 до нескольких тысяч герц.

1.1 Способы останова и режимы торможения электродвигателя

Для того чтобы быстро остановить или замедлить скорость механизма, приводимого во вращение электродвигателем, наряду с механическими применяют и электрические способы торможения. Сущность электрических способов торможения состоит в том, что электрическая машина в этот период из двигательного режима переводится в генераторный и, следовательно, создает электромагнитный момент, направленный против движения.

Самый простой способ останова -- выбег электродвигателя. Двигатель отключается от питающей сети и останавливается по инерции. При этом время до полного останова не регулируется и определяется инерционными свойствами двигателя и его нагрузки.

Регулируемое время торможения обеспечивает генераторный способ, заключающийся в том, что преобразователь с необходимой скоростью уменьшает выходную частоту до требуемого значения. При этом двигатель превращается в генератор, преобразуя кинетическую энергию вращения в электрическую. В зависимости от типа выпрямляющего устройства энергия возвращается в первичную сеть либо накапливается в контуре постоянного тока преобразователя частоты. Во втором случае и в случае нагрузки с большим моментом инерции для рассеивания энергии может потребоваться применение внешнего тормозного сопротивления, подключение которого при возникновении опасного перенапряжения в промежуточном контуре преобразователя осуществляет специальная контролирующая схема. Таким образом, преимуществом генераторного торможения является предсказуемое время и плавность останова, высокий тормозной момент. Недостаток же заключается в том, что энергия выделяется в преобразователе, и в случае быстрого останова или большого момента инерции нагрузки для избежанияперегрева встроенного резистора контура постоянного тока преобразователя необходимо использование внешнего сопротивления.

Для того чтобы осуществить торможение постоянным током, или, иными словами, динамическое торможение, с обмотки статора двигателя снимают переменное напряжение и на одну или две фазы подают постоянное напряжение. При этом магнитное поле будет вызывать вначале замедление, а затем и удержание ротора в неподвижном состоянии. Преимуществом динамического торможения является выделение электрической энергии в роторе двигателя, что делает ненужным использование тормозного сопротивления, и плавный останов. Но поскольку выходная частота преобразователем не контролируется, то время торможения становится величиной неопределенной. Эффективность торможения в этом случае по сравнению с генераторным методом составляет 30-40%.

При комбинированном способе торможения используется комбинация двух описанных способов, то есть на переменную составляющую выходного напряжения преобразователя накладывается постоянная составляющая. Этот способ торможения сочетает в себе преимущества обоих электрических способов торможения и позволяет эффективно тормозить электродвигатель за короткое время без выделения тепла в преобразователе.

2. Использование преобразователей частоты

Современное производство характеризуется высокими требованиями к энергосбережению. Так как и в промышленности, и в коммунальной сфере в эксплуатации находится большое количество неэкономичных потребителей.

Широко распространены такие общепромышленные механизмы как насосы, компрессоры, воздуходувки. Не экономичными являются в первую очередь насосы, т.к. нагрузка на двигатель определяется расходом жидкости или воды.

В целях энергосбережения используют преобразователи частоты.

Рис2.

На рисунке 2 представлена зависимость между производительностью и напором насоса для агрегатов с частотным регулированием.

Рис.3

Собственно насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия -- отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения коэффициента полезного действия насоса н в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах вращения представлен на рис. 3.

Преобразователь частоты - это электронное микропроцессорное устройство, осуществляющее плавное регулирование скорости вращения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Преобразователь частоты позволяют:

* Экономит активную и реактивную мощность

* Повышает качество выпускаемой продукции

* Увеличивает количество выпускаемой

продукции

* Делает процесс управляемым

* Снижает нагрузки на питающую сеть, двигатель и приводимый механизм при пуске и останове системы.

Современный уровень развития силовой электроники, микропроцессорных средств управления и контроля, средств автоматического регулирования позволяет широко использовать эти технические достижения для решения задач энерго- и ресурсосбережения в электроприводе. Применение современных способов регулирования скорости технологических механизмов в сочетании с широкими возможностями автоматизации может обеспечить оптимальное использование энергетических и других природных ресурсов. Из множества областей, в которых имеется потенциальная возможность энергосбережения, можно выделить наиболее важные и эффективные направления:

1. широкое внедрение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов в системах водоснабжения, отопления и вентиляции для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов, нагнетателей, воздуходувок, компрессоров и т.п.;

2. модернизация подъемно-транспортных механизмов (кранов, подъемников, лифтов) путем установки частотно-регулируемых электроприводов;

3. объекты жилищно-коммунального хозяйства и промышленного комплекса, в задачу которых входит поддержание заданного уровня жидкости в резервуарах (водоразборные и очистные сооружения и др.)

2.1 Области применение частотно-регулируемого электропривода в системах водоснабжения, отопления и вентиляции

Высокую эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода можно получить при использовании его в насосных, вентиляторных, нагнетательных установках за счет следующих его преимуществ:

1. экономия электроэнергии (до 50%);

2. экономия транспортируемого продукта за счет снижения непроизводительных расходов (до 25%);

3. снижение аварийности гидравлической или пневматической сети путем поддержания минимально необходимого давления;

4. снижение аварийности сети и самого агрегата за счет применения плавного пуска;

5. повышение надежности и снижение аварийности электрооборудования за счет устранения ударных пусковых токов;

6. снижение уровня шума, создаваемого установкой;

7. удобство автоматизации;

8. удобство и простота внедрения.

Модернизация подъемно-транспортных механизмов

В большинстве существующих подъемно-транспортных механизмов используются асинхронные двигатели с фазным ротором и релейно-контакторной схемой управления при регулировании скорости путем переключения ступеней сопротивления в цепи ротора. Перевод на частотно-регулируемый привод связан со следующими преимуществами:

1. преобразователи частоты повышают энергетические характеристики электроприводов по сравнению с параметрическими преобразователями и реостатным регулированием;

2. существенно повышается точность и качество регулирования скорости;

3. плавность пуска и торможения, отсутствие резких толчков увеличивают срок службы всех механических элементов крана, повышают комфортность управления и сохранность груза;

Отдельным классом подъемно-транспортных механизмов являются лифты, для которых используются двухскоростные асинхронные двигатели с контакторным управлением. Переход к частотно-регулируемому электроприводу позволяет значительно (на 50-60%) снизить расход электроэнергии, увеличить надежность работы благодаря ограничению ударных моментов в переходных режимах, обеспечить эргономические требования по ограничению рывков и ускорений, применять более дешевые односкоростные асинхронные двигатели.

2.2 Применение регулируемого электропривода для задач поддержания уровня в резервуарах

В системах поддержания заданного уровня жидкости в резервуаре при использовании нерегулируемого электропривода задача обычно решается при работе двигателя в так называемом "старт-стопном режиме", когда происходит периодическое включение (отключение) двигателя при достижении минимальных (максимальных) значений уровня жидкости. Использование частотно-регулируемых асинхронных электроприводов позволяет поддержать практически постоянный уровень жидкости независимо от ее расхода (притока), исключить удары в системе, связанные с частыми пусками двигателя, и снизить расход электроэнергии.

Перечисленные сферы применения частотно-регулируемых электроприводов, являясь наиболее простыми по технической реализации, тем не менее дают значительный экономический эффект и характеризуются небольшим (от 0,5 до 5 лет) сроком окупаемости.

Мировой опыт показывает, что экономное рациональное потребление электроэнергии в большой степени реализуется за счёт оптимизации её использования в промышленном производстве и коммунально-бытовом секторе.

Одним из направлений в энергосбережении является оптимизация энергопотребления без ухудшения условия работы потребителей за счёт внедрения новейших технологических решений в автоматизации электропотребления.

3. База современных интеллектуальных средств управления

В настоящее время предприятиями электротехнической и электронной промышленности России, СНГ, Германии, США, Швеции, Франции, Японии разработан целый ряд программируемых устройств, позволяющих коренным образом изменить сложившиеся подходы к проектированию и комплектованию устройств электроавтоматики. При этом достигаются: повышение надёжности, снижение материалоёмкости, расширение функциональных возможностей управляющих технических средств, снижение эксплуатационных затрат и улучшение эргономических свойств. В общем случае весь комплекс интеллектуальных технических средств контроля и управления технологическим оборудованием можно представить пятью группами функционально-выраженных устройств:

- программируемые коммутаторы нагрузки;

- программируемые технологические контроллеры;

- программируемые терминалы;

- промышленные компьютерные системы;

- цифровые регуляторы технологических параметров.

На основе импортной и отечественной элементной базы, по сути, программируемые реле - это компактные универсальные контроллеры для реализации целого ряда задач управления технологическим оборудованием, где необходимо гибко решать проблемы автоматизации.

3.1 Применение интеллектуальных средств управления

Сегодня не возможно представить не одно бытовое устройство без контроллера, для автоматизации производств используются автоматизированные системы управления.

В качестве многофункциональных устройств небольшой стоимости используются интеллектуальные реле - универсальные контроллеры.

В настоящее время на Российском рынке электротехнических изделий предлагаются и широко используются в основном программируемые реле (П.Р.) зарубежного производства:

- Серии А, фирмы MIISUBISHI (Япония);

- ZEN, фирма OMPON (Япония);

- LOGO, фирма SIEMENS, (Германия);

- EASY, фирма Moeller (Германия).

Общие конструктивные и схемотехнические особенности, присущие всем этим устройствам:

- наличие встроенного источника питания на несколько входных напряжений и переменного и постоянного тока. (24VDC, 48VDC, 100-240VAC);

- возможность расширение количества дискретных входов/выходов;

- выполнение монтажа основного модуля и модулей расширения на DIN-рейку;

- наличие встроенной энергозависимой памяти;

- возможность программирования с использованием встроенных ЖК-дисплея и кнопок программирования;

- близкие габаритные размеры, что позволяет практически без труда заменить любой из указанных четырёх типов другим.

Алгоритм функционирования модулей LOGO (SIEMENS) задаётся без использования специального дополнительного программного обеспечения непосредственно с их клавиатуры. Модули ЛОГО характеризуются следующими основными показателями:

- 8 дискретных входов, 4 дискретных выхода;

- 30 встроенных функций, объединённых в библиотеки, логических (GF) и специальных функций (SF);

- встроенные ЖК-дисплей и клавиатура;

- интерфейс для установки модуля памяти или подключения кабеля ПF при программировании с компьютера.

Различные модели модулей оснащены транзисторными или релейными выходами. Транзисторные выходы способны коммутировать токи до 0,3 А при напряжении 24 В постоянного тока и оснащены электронной защитой от короткого замыкания. Релейные выходы способны коммутировать токи до 10 А активной нагрузки или до 3 А при подключении индуктивной нагрузки в цепях с напряжением =12/24 В, ~ 24 В или ~/= 115/240 В.

Рекомендуемые области применения рассмотренных ПР следующие:

- автоматическое управление наружным и внутренним освещением;

- управление коммутаций нагрузок (АВР, АПВ и т.д.);

- управление технологическим оборудованием (насосами, приточными системами, прессами, компрессорами, и т.д.);

- системы отопления;

- системы управления дорожным движением;

- конвейерные системы;

- подъёмно-транспортные механизмы.

3.2 Что такое LOGO?

LOGO! - это универсальный логический модуль фирмы Siemens.

LOGO! включает в себя

* функции управления

* блок управления и отображения

* блок питания

* интерфейс для модулей расширения

* интерфейс для программных модулей и кабеля PC

* готовые к использованию основные функции, часто требуемые в повседневной работе, например, функции задержки включения и выключения, импульсное реле и программируемую клавишу

* часовой выключатель

* двоичные маркеры

* входы и выходы в соответствии с типом устройства

LOGO! предлагает решения различных технических задач, в том числе в электрооборудовании жилых помещений (например, освещение лестничных клеток, внешнее освещение, тенты, жалюзи, освещение витрин магазинов и т.д.), в коммутационных шкафах, в управлении машинами и аппаратами (например, системы управления воротами, вентиляционные системы или насосы для хозяйственной воды и многое другое).

LOGO! можно использовать также для специальных систем управления в оранжереях и теплицах, для предварительной обработки сигналов управления и, при подключении коммуникационного модуля (напр., ASi), для децентрализованного управления машинами и процессами на месте. Имеются специальные варианты без блока управления и индикации для серийных приложений в микромашиностроении, аппаратостроении и шкафах управления.

3.3 Возможности интеллектуальных реле LOGO! в области энергосбережения

Немалые возможности в плане экономии электроэнергии реализуются устройствами автоматического управления освещением улиц, мест общественного пользования, индивидуальных рабочих мест. Среди множества разработанных и освоенных в производстве отечественных приборов такого назначения фотореле для управления электроосвещением.

Приборы поставляются совместно с фотодатчиком, который при установке выносится наружу таким образом, чтобы исключалось попадание прямых солнечных лучей на чувствительный элемент датчика.

Использование в светотехнике высокоэффективных источников света является весомым вкладом в обеспечение экономии электроэнергии. За последние годы отечественными и зарубежными производителями разработано и освоено в производстве множество современных энергосберегающих источников света.

3.4 Освещение лестничной клетки или коридора

Требования к системе освещения лестничной клетки

К системе освещения лестничной клетки предъявляются следующие основные требования:

* Когда кто-либо пользуется лестницей, освещение лестничной клетки должно быть включено.

* Если на лестнице никого нет, то освещение должно выключаться для экономии энергии.

3.5 Подключение системы освещения с LOGO! 230 RС

Внешняя проводка для системы освещения с использованием модуля LOGO, не отличается от обычной проводки для системы освещения коридора или лестничной клетки. Заменяется только лестничный автомат или импульсное реле. Дополнительные функции вводятся непосредственно в LOGO.

4. Интеллектуальные средства управления - как оборудование учебной лаборатории

В колледже на протяжении нескольких лет идет работа по адаптации стандартных устройств LOGO! и частотного преобразователя MICROMASTER для нужд учебного процесса.

Лабораторные блоки для изучения LOGO! представляют собой законченные модули на базе блоков электроники. Содержат встроенные интеллектуальные реле фирмы SIEMENS, цепи питания, тумблеры моделирования входных сигналов, светодиоды индикации и выходные цепи. В лабораторной работе по заданию преподавателя программируется логическая цепь и работа логической цепи опробуется при пуске программы в реле. Состояние входов моделируется тумблерами. После обработки сигнала появляются выходные напряжения, состояние выходов отслеживается по светодиодам. Программируемые реле позволяют набирать логические схемы, элементы задержки, релейные элементы, порядок программирования задаётся методическими указаниями.

Рисунок 4. Общий вид блока.

Для установки элементов конструкций заменена лицевая панель лабораторного блока, её общий вид приведён на рисунке

Рисунок 5: Лицевая панель

Рисунок 6. Принципиальная схема управления.

Рисунок 7. Монтажная схема.

Силами студентов изготовлено 6 блоков, к ним выполнены методические указания для лабораторных работ, количество лабораторных работ может быть расширено. Интеллектуальные реле могут программироваться с компьютера и клавиатуры. Для программирования используется специальная программная оболочка. Студенты имеют возможность программировать реле с использованием средств вычислительной техники.

Лабораторные блоки используются для всех специальностей технического профиля. Существует перспектива расширения лабораторных возможностей с более глубоким использованием ПК. В приложении 1 приводится инструкция к лабораторным работам с использованием программы LOGO!SoftComfort .

5. Преобразователь частоты SiemensMicromaster 420

Используется как устройство для исследования свойств частотно-регулируемого электропривода.

Преобразователи частоты Siemensсерии Micromaster 420 производятся мощность от 120 Вт до 11 кВт и применяются для изменения и регулирования скорости вращения низковольтных двигателей переменного тока с нагрузкой постоянного типа (лифты, конвейеры,смесители и т.д.) или вентиляторного типа (центробежные насосы, вентиляторы и т.д.)

Основные технические данные:

· простой пуск в эксплуатацию

· особо гибкая конфигурация благодаря модульной конструкции

· три свободно параметрируемых, потенциально развязанных цифровых входа

· один аналоговый вход (от 0 до 10V, масштабируемый), может по выбору быть использован в качестве 4-го цифрового входа

· один параметрируемый аналоговый выход (от 0 mA до 20 mA)

· один параметрируемый релейный выход (DC 30V/5A, омическая нагрузка, AC 250V/2A, индуктивная нагрузка)

· бесшумная работа двигателя благодаря высокой частоте импульсов

· защита двигателя и преобразователя

Механические параметры:

· модульное исполнение

· рабочая температура -10⁰С… +50⁰С

· компактный корпус благодаря высокой удельной мощности

· простое подключение сетевых кабелей и кабелей двигателей для оптимальной монтажной совместимости

· вставляемая панель оператора

· управляющая клеммная колодка без винтов

Силовые параметры:

· новейшая технология IGBT

· цифровое микропроцессорное управление

· прямое управление потоком (FCC) для наилучших динамических характеристик и оптимального управления двигателем

· U/f- управление линейное

· U/f- управление квадратичное

· параметрируемая кривая зависимости U/f

· «подхват на ходу»

· компенсация скольжения

· автоматический повторный запуск при пропадании сети или нарушении режима

· простое регулирование процесса благодаря внутреннему PI- регулятору

· параметрируемое время разгона и торможения в пределах 0…650 сек

· сглаживание кривой пуска

· быстродействующеетокоограничение (FCL) для безаварийной работы

· быстродействующий, репродуцируемый опрос цифровых входов

· точный ввод заданного значения благодаря 10-ти битному аналоговому входу

· комбинированный тормоз для контролируемого быстрого останова

· 4 частоты пропускания против резонанса

· демонтируемый “Y”- конденсатор для использования в сети IT

Защитные параметры:

· перегрузочная способность 50% от расчётного выходного тока в течении 60 сек каждые 5 минут

· защита от перенапряжения и пониженного напряжения

· защита от перегрева преобразователя

· защита двигателя при помощи подключения терморезистора через цифровой вход

· защитное заземление

· защита от короткого замыкания

· тепловая защита двигателя i²t

· защита от блокировки двигателя

· защита от изменения параметров

· защита от опрокидывания

6. Примеры лабораторных работ

Исследование двухзвенного преобразователя частоты

Цели работы: 1. Изучить принцип регулирования скорости АД изменением частоты;

2.Ознакомиться с новейшими технологиями управления электропривода

1.Схема установки

2.Порядок работы:

1. Включить автомат

2. Нажать кнопку пуск на передней панели

3. Рукояткой сопротивления повышать напряжение. Что происходит?

4. Плавно увести рукоятку в начальное положение

5. Выставлять по вольтметру заданные параметры напряжения и записывать с преобразователя показания частоты в таблицу

6. Построить зависимость U=f(f)

7. Подключить осциллограф. Нажать на пуск на передней панели.

8. Выставлять параметры напряжения и частоты, данные в таблице . Зарисовать осциллограммы.

4. Схема ПЧ со звеном постоянного тока

U1рег	25	50	75	100	125	150	175	200	220
F1рег
n об/мин

4.Описание работы схемы

Схема ПЧ со звеном постоянного тока состоит из двух основных блоков: управляемого выпрямителя 2 и управляемого инвертора 3 с блоками 1 и 5 управления. Напряжение сети U₁ стандартной частоты f₁ подается на вход управляемого выпрямителя 2, преобразующего переменное напряжение U₁ в постоянное Е₀. Это напряжение можно регулировать в широких пределах с помощью блока 1 управления. Выпрямленное и регулируемое напряжение Е₀ подаётся на вход инвертора 3, который преобразует напряжение постоянного тока Е₀ в трёхфазное напряжение U_регрегулируемой частоты f_рег, которое подаётся на двигатель 4. Частота выходного напряжения f_рег инвертора регулируется блоком 5 управления в функции сигнала управления U_у.

5.Работа с осциллографом типа АСК-2021

1. Подключить к сети, нажать POWER.

2. Переключатель VAR канала CH1 поставить на АС.

3. Переключатель VOLT/DIV канала СН1 поставить на 5 В.

4. Делитель канала 1 поставить на 10.

5. Переключатель TIME/DIV поставить на 50 mS.

6. Переключатель VERTMODE поставить на СН 1.

7. После пуска под переключателем VERTMODE нажать кнопку STORAGE.

8. Для срисовывания осциллограмм под экраном нажать кнопку SAVEALL.

6.Контрольные вопросы

6.1. По какому закону изменяется частота с увеличением напряжения?

6.2. Достоинства и недостатки статического преобразователя со звеном постоянного тока.

6.3. Объяснить, что происходит с осциллограммами с увеличением частоты и напряжения.

7. Техника безопасности

7.1. Все переключения в схеме производить после отключения установки.

7.2. Студент должен выполнять правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ.

8.Литература

1. Клевцов А.В. Средства оптимизации потребления электроэнергии. М., СОЛОН-Пресс, 2005г.

2. Лихошерст В.И. Системы управления полупроводниковыми преобразователями частоты. Учебное пособие, Издательство УГТУ, 1998г.

3. Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители, М., Энергоатомиздат, 1986г.

Примеры лабораторных работ

Моделирование схем RS-триггера и D-триггера

Цель: «Получить понятие о моделирование и научиться работать с программой «LOGO! SoftcomfortV 4.0» и практически ознакомиться со схемами RS-триггера и D-триггера».

1. Схемы

Схема RS-триггера.

Схема D-триггера.

2. Перечень элементов

хема RS-триггера:

3 цифровых входа (I1, I2, I3);

2 элемента «И»;

RS-триггер;

Инвертор «НЕ»;

2 цифровых выхода (Q1, Q2).

2.2 Схема D-триггера:

2 цифровых входа;

Инвертор «НЕ»;

2 элемента «И»;

RS-триггер;

Цифровой выход.

3. Порядок сбора схемы

Практическое ознакомление с программой моделирования LOGO! будет выполнено на схемах RS-триггера и D-триггера.

Все элементы, которые понадобятся для сбора схемы достаются из панели инструментов (в левой части экрана). Для этого выберете нужный элемент и на рабочем поле (с права от поля элементов, серого цвета) нажмите левую клавишу. Появится нужный элемент. При следующих нажатиях левой клавиши на рабочем поле будет появляться тот же элемент. Пока не выберете другой элемент или функции. Таким способом достаньте все нужные элементы для сбора схемы RS-триггера.

Чтобы их соединить выберете в панели инструментов функцию «Связь» или на клавиатуре нажмите F5. И с помощью этой функции свяжите цифровые входы с элементами & («И»). Для этого подведите курсор мыши к выходу цифрового входа, появится синий квадрат вокруг выхода, нажмите на левую клавишу и не отпуская клавиши ведите ко входу элемента. Пока вокруг входа не появится синий квадрат. Только потом отпустите клавишу. Затем выходы элемента & («И») соедините со входами RS-триггера, а его выходы ко входам цифровых выходов, один из которых подсоединяется через инвертор 1 («НЕ»).

Для проверки схемы на панели инструментов выберете функцию «Эмуляция» или нажмите клавишу F3. При этом появится новая панель с выключателями, которые соответствуют количеству цифровых входов. А количество цифровых выходов пробникам (в виде лапочек), на которых отображается состояние выходов. Также имеются и другие функции.

А для перемещения элементов используется функция «Выделить» в панели инструментов или клавиша «Escape», на клавиатуре. Чтобы удалить линию или элемент их нужно выделить нажав на них левой клавишей мыши, а затем правой вызвав подменю линии или элемента. И выбрать в этом меню «Удалить». Если выбрать «Свойства блоков» у элементов, то можно задавать им названия и приложить к блоку какой-то комментарий или изменить параметры блока. Комментарии также можно сделать на самом рабочем поле вызвав меню правой клавишей мыши или выбрать в панели инструментов функцию «Вставить комментарий, или просто нажать клавишу F9. У линий, выбрав «edit.cutLine», можно сделать привязку. То есть на выходе одного элемента будет просто обозначение, что он соединен с входом другого элемента.

Для увеличения или уменьшения масштаба используются функции «Приблизить» и «Уменьшить» в стандартной панели. В этой панели так же есть стандартные функции как «Открыть», «Новый», «Копировать» и т.д.

4. Задание

4.1 Соберите самостоятельно схему D-триггера.

4.2 Составьте таблицу истинности для синхронного RS-триггера.

4.3 Составьте таблицу истинности для D-триггера.

5. Контрольные вопросы

1. Назовите основные поля «LOGO! SoftcomfortV 4.0»?

2. Опишите работу синхронногоRS-триггера?

3. Опишите работу D-триггера?

4. Где применяются данные триггеры?

Заключение

В современных условиях наиболее важным фактором обеспечения энергосбережения в промышленности - использование средств автоматики современного уровня. Которая управляет не только технологией, но и режимами работы оборудования, даже если это оборудование не относится к сфере производства, например жилищно - комунальная сфера.

Интеллектуальные средства позволяют не только обеспечивать энергосберегающий режим, но и организовать современный учет материальных средств, качественную дозировку.

Можно сделать вывод что, современный специалист должен владеть технологиями энергосбережения, владеть информацией по технологиям энергосбережения, уметь использовать в практической деятельности современные средства управления.

Источники информации

1. Браммер Ю.А. Пащук И.Н. импульсные и цифровые устройства. М.: Высшая школа, 2003

2. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. М.: Горячая линия - Телеком, 2003.

3. Клевцов А.В. Средства оптимизации потребления электроэнергии.

4. Справочно-информационное пособие, издательство Москва СОЛОН-Пресс, 2005

Размещено на Allbest