Жиілікті түрлендіргіш – роторы қысқа тұйықталған асинхрондық қозғалтқыш»

Жұмыстың мақсаты

  1.1. Жиілікті түрлендіргіш көмегімен қозғалтқышты жүргізу және тежеуді автоматты басқару сұлбасының жұмысын оқу.

 1.2. Компьютер көмегімен механикалық сипаттамаларды түсірудің әдістемелерін игеру.

 1.3. Есте сақталған электр жетектерінің координаталары мен көрсеткіштерінің уақыттан тәуелділігіне сараптама беру және оқу.

 2. Қысқаша теориялық мағлұмат

Тиристорлық жиілік түрлендіргішті (ЖТ) қолдану, электр жетегін басқаруды жоғарылатып және сенімділігін арттырады, оны жинақы етіп жасайды және эксплуатациялауғада ыңғайлы, энергия үнемдеугеде септігін тигізеді.

Қазіргі таңда пайдаланылатын ЖТ, тұрақты токтық аралық буындармен жинақталған, жеткілікті жетілдірілген және электр жетектеріндегі барлық жұмыс режимдерін және электр қозғалтқышты тежеуді жүргізуді қамтиды.

Жиілік түрлендіргіштері, әдетте энергия үнемдеу функцияларымен толықтырылған. Энергия үнемдеу режимінде жұмыс істей тұрып, ондай жиілік түрлендіргіштер қозғалтқыш тұтынып жатқан ток күшін қадағалайды және егерде электр жетекті жүктеу азайса онда қозғалтқыш кірмесіндегі кернеу минимал рұқсат етілгенге дейін азаяды, ол дегеніміз шығынның азаюына, ПӘК және қозғалтқыштың қуат коэффициентінің жоғарылауына әкеледі. Энергия үнемдеудің бұл функциясы, айнымалы жүктемемен жұмыс істейтін электр жетектерінде өте тиімді. Бұл жағдайда электр энергиясын үнемдеу 50 %-ға жетуі мүмкін.

Жиілік түрлендіргіштері тапсырыс берілген жүргізу ток шамасымен қозғалтқышты «жұмсақ» жүргізуді қамтамасыз етеді.

Қысқа тұйықталған роторлы қозғалтқыштар – ең көп тараған электр машиналары. Осы уақытқа дейін реттелмейтін электр жетегінде пайдаланса, статор орамдарына берілген кернеу жиілігін өзгерту – жылдамдықты тиімді реттеу тәжірибдегі ең тиімдісі болса, оған техникалық мүмкіндіктер болмаған. Қазіргі таңда, жетілдірілген электроникның арқасында жағдай түбегейлі өзгерген. Жиілікпен реттелетін электр жетегі 2.1 сурет, реттелінетін жлектр жетегінің негізгі үлгісі болып қалды.

а) б) в)

2.1 сурет. (а) жиілікпен реттелінетін электр жетегінің сұлбасы, (б) механикалық сипаттама, (в) жиіліктен кернеудің тәуелділігі.

Жиіліктік реттеу.

ω_0=(2πf_1)/p (2.1) теңдеуден f1 жиілігі ω0-ге пара-пар және қандай да бір басқа шамадан осы машина үшін тәуелді емес.

Сонымен бірге f1 өзгерте отырып, кернеу амплитудасын байқауға болады: кейбір жағдайда магнит ағынын сақтау үшін f1 азайтқан кезде, мысалы: Ф≈U_1/(4.44f_1 w_1 k_об )≡U_1/f_1 (2.2) өрнекке сәйкес номинал деңгейде U_1/f_1 =U_1н/f_1н =const болу үшін, E1≈ U1 деп өзгерту керек.

U1= U1н болған кезде жиілікті номиналдан жоғарылатсақ (2.2) өрнекке сәйкес ағын азаяды.

M_к=(3U_1^2)/(2ω_0 X_к ) (2.3) өрнегінен R1 ескермесек, яғни ондағы E1»U1 десек, критикалық момент U_1/f_1 -ге пропорционал болса, онда f1-ге критикалық сырғанау sк сияқы кері пропорционал.

E1=U1 деп айтсақ, жиіліктік реттеу кезіндегі механикалық сипаттамалар 2.1, б суретте көрсетілген.

 Біз ескермейтін статор тізбегіндегі кедергі, әсіресе шағын машиналарда (кВт) механикалық сипаттамаға әсерін тигізеді – 2.1, б суреттегі үзік сызық, жиілік төмендеген кезде E1<U1< Еmах. Осы әсерді компенсациялау үшін, әдетте төменгі жиілік кезінде кернеуді бірнешеге ұлғайтады – 2.1, в суреттегі үзік сызық.

 Алдын ала ендірілген көрсеткіштер бойынша, жиіліктік реттеуге баға берейік:

1. Екізоналық реттеу – негізгі жылдамдықтан төмен ( U_1/f_1 ≈const ) және жоғары (U1=U1н, f1>f1н);

2. Тұйықталмаған құрылымда реттеу диапазоны (8-10):1. Жылдамдық тұрақтылығы — жоғары;

3. Баяу реттелуі;

4. Рұқсат етілген жүктеме – М=Мн борлғанда, негізгі жылдамдықтан төмен реттеу кезінде (Ф » const), жоғары реттеу кезінде (Ф < Фн);

5. Эксплуатациялаудағы тиімді әдістер – энергияны шашырататын қосымша элементтер жоқ; ауыспалы режимдерде шығынның аздығы. Ерекшеліктері – тұйықталған құрылымдарда координаталарды басқарудың ыңғайлылығы. Заманауи әдістер деп аталатын векторлы басқару, басқарылуы бойынша жетілдірілген тұрақты ток электр жетектеріндегі бар қасиеттер, жиілікті реттелінетін электр жетектерін басқаруды қамтамасыз етеді.

6. Бұл тәсіл, жиілікті түрлендіргішті (ЖТ) қолдануды талар етеді – шығасыл кернеу жиілігін және амплитудасын басқаратын құрылғы. Мұндай құрылғылар – кейінгі он жылдықта шыққан – жетілдірілген және қол жетімді.

3. Электрлік жалғану сұлбасының түсіндірмесі

G1 көзі – өндірістік жиіліктегі синусоидалды кернеу көзі.

G2 тұрақты ток қозғалтқышының қорек көзі, тежеу режімінде жұмыс істейтін, параллель қоздырылатын G3 тұрақты ток машинасы орамдарын реттелінетін кернеумен қоректендіру үшін пайдаланылады.

G4 бұрыштық ығысуларды түрлендіргіші, электрмашиналық агрегаттың айналу жиілігін көрсеткіш Р1 кірмесіне келетін импульстарды генерациялайды.

G5 жиілік түрлендіргіші, реттелінетін үшфазалық кернеумен М1 қозғалтқышын қоректендіру үшін қызмет етеді.

А1 ток және кернеу сезгілер блогы, күштік электрлік тізбектен гальваникалық оқшаулап және М1 қозғалтқышының «А» фазасы тогы мен кернеуі жайлы сигналдарды нормалайды.

А4 терминалы, G5 жиілік түрлендіргішіне қосылғандарды жекелеген өткізгіш кабельдерге тармақтау үшін қызмет етеді.

А3 коннекторы, А4 компьютерімен және А1 автотрансформатордың өлшегіш блогы арасындағы байланыстырушы буын функциясын орындайды.

А4 блогы, санды сигналдарды күшейту функциясын орындайды.

А5 компьютері, ақпараттық-өлшегіш жүйесі режімінде және G5 жиілік түрлендіргішін басқарушы құрылғы ретінде пайдаланылады.

Электрлік жалғану сұлбасы

Электрлік жалғану сұлбасының жалғасы

4. Аппараттар тізімі

Белгіленуі Аталуы Типі Көрсеткіштері

А1 Ток және кернеу сезгілер блогы 402.3 3 өлшеп түрлендіргіш

«ток — кернеу» 5 А/1 А/5 В;

3 өлшеп түрлендіргіш «кернеу — кернеу» 1000 В/100 В/5 В

А2 Терминал 304 8 түйіспесі бар 6 розетка;

68 ұяшық

А3 Коннектор 330 8 аналог. диф. кірме;

2 аналог. шықпа;

8 санды кіресіл/шығасыл

А4 Дербес компьютер 550 IBM-ақпар жинаушы бірегей плата PCI 6024E

G1 Үшфазалық қорек көзі 201.2 400 В ~; 16 А

G2 Тұрақты ток қозғалтқышын

қоректендіру көзі 206.1 0…250 В 3 А (зәкір)

200 В ; 1 А (қоздыру)

G3 Тұрақты ток машинасы

 101.1 90 Вт; 220 В; 0,76 А (зәкір)

220 В (қоздыру)

G4 Бұрыштық ығысуларды

түрлендіргіш 104 6 шығасыл сигналдар

G5 Жиілік түрлендіргіші 217 0…100 Гц; 30…220 В; 3 А

М1 Айнымалы ток қозғалтқышы 106 50 Вт; 230 В ~;

1500 мин1

Р1 Айналу жиілікті көрсеткіш 506.3 -2000…2000 мин1

5. Экспериментті жүргізуге арналған нұсқау

• Экспериментте пайдаланылатын құрылғылардың электрлік қоректену торабынан ажыратылып тұрғанына көз жеткізіңіз

• Экспериментте пайдаланылатын құрылғыларды G1 көзінің «РЕ» ұяшығын, » «жермен тұйықтап қорғау ұяшығына жалғаңыз.

• Электрлік жалғану сұлбасына сәйкес аппараттарды жалғап шығыңыз.

• G2 қорек көзінің жұмыс режімін ауыстырып қосқышын «Ручн» жағдайына қойыңыз.

• G2 көзінің және G5 жиілік түрлендіргішінің реттегіш тұтқасын сағат тіліне қарсы жаққа аяғына дейін бұраңыз.

• G1 қорек көзін қосыңыз. Оның шығысында фаза кернеуі бар екендігін көрсететін жарық диодтары жанып белгі беруі керек.

• Ток және кернеу сезгілерінің А1 блогын және Р1 айналу жиілік көрсеткіші «СЕТЬ» ажыратқыштарын қосыңыз.

• G5 жиілік түрлендіргішінің «СЕТЬ» ажыратқыштарын қосыңыз. «ВЫБОР СТРОКИ / СТРАНИЦЫ НА ДИСПЛЕЕ» батырмасымен жұмыстық режімін таңдаңыз. №1 эксперимент: «Асинхрондық қозғалтқыштың жұмыс режімдерін зерттеу»

• «ВЫБОР ИНФОРМАЦИИ НА ДИСПЛЕЕ» батырмасымен «МАССИВ ИЗМЕНЯЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ»-ты таңдаңыз, одан әрі «ВЫБОР СТРОКИ / СТРАНИЦЫ НА ДИСПЛЕЕ» және «ИЗМЕНЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА» батырмасымен келесі көрсеткіштерді таңдаңыз: Uном – 220 В, сипат түрі – сызықты, 1 шығыс – жылдамдық, 2 шығыс – жылдамдық, басқарылуы – автоматты.

• «ВЫБОР ИНФОРМАЦИИ НА ДИСПЛЕЕ» батырмасымен «МАССИВ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ»-ты таңдаңыз.

• А5 дербес компьютерін жұмыс жағдайына келтіріңіз. «Автоматическое управление частотным приводом» бағдарламасын жүргізіңіз.

• «Параметры» виртуалды батырмасын басып, электр жетектерін басқару көрсеткішіне және жазу ұрдістеріне тапсырыс беріңіз. Мысалы, «Использовать уставки по умолчанию» виртуалды батырмасын басып ұсынылған ұстаманы пайдаланыңыз..

• Виртуалды «Запустить» батырмасын басыңыз. Экранда виртуалды аспаптар панелі көрінуі керек.

• «ВПЕРЕД» виртуалды батырмасын басыңыз. Виртуалды батырмасының жанындағы шам, сондай-ақ G5 жиілік түрлендіргішіне сәйкес жарықдиоды жануы керек.

• Виртуалды реттегіш тұтқасын бұрай отырып, М1 қозғалтқышының айналу жылдамдығына тапсырыс беріңіз, мысалы 150 рад/с-қа қойыңыз. М1 электр қозғалтқышы екпіндей бастауы керек.

5.1. Тұрақтанған режімде электрлік жетек координаталарын өлшеу

• Р1 көрсеткіші көмегімен М1 қозғалтқыштың айналу жиілігін n [мин–1] өлшеңіз.

• Компьютер экранынан виртуалды аспаппен М1 қозғалтқышының бұрыштық айналу жиілігін  [рад/с] өлшеңіз.

• Компьютер экранынан виртуалды аспаппен М1 қозғалтқышының электр магниттік моментін М [Н∙м] өлшеңіз.

• Компьютер экранынан виртуалды аспаппен қозғалтқыштың I [А] тогын өлшеңіз.

5.2. Қозғалтқыштың тұрақтанған механикалық сипаттамасын анықтау

• Виртуалды «Остановить» батырмасын басыңыз.

• ПИД-реттегішінің келесі көрсеткіштеріне тапсырыс беріңіз: P=0,03, I=0, D=0 (П-реттегіш).

• Виртуалды «Запустить» батырмасын басыңыз.

• Виртуалды «ВПЕРЕД» батырмасын басыңыз. Виртуалды батырмасының қасындағы шам, сондай-ақ G5 жиілік түрлендіргішіне сәйкес жарықдиод жануы керек.

• Виртуалды реттегіш тұтқасын бұрай отырып, М1 қозғалтқышының айналу жылдамдығына тапсырыс беріңіз, мысалы 150 рад/с-қа қойыңыз. М1 электр қозғалтқышы екпіндей бастауы керек.

• «СЕТЬ» ажыратқыштарын қосыңыз және G2 көзінің «ВКЛ.» батырмасын басыңыз.

• G2 көзінің реттегіш тұтқасын бұрай отырып, оның шығысындағы «ЯКОРЬ» тогын 0…1 А шамасында өзгертіңіз.

• М1 қозғалтқышының  бұрыштық айналу жылдамдығы мен электрмагниттік моментін М өлшеңіз және оларды 5.2.1 кестеге енгізіңіз.

5.2.1 кесте

, рад/с

M, Нм

5.3. Жиіліктің өзгеруіне және статор кернеуінің шамасына сәйкес қозғалтқыштың айналу жылдамдығын реттеу

• G2 көзінің реттегіш тұтқасын бұрай отырып, оның шығысындағы «ЯКОРЬ» тогын 0,5 А-ге тең етіп қойыңыз..

• Виртуалды реттегіш тұтқасын бұрай отырып, М1 қозғалтқышының 3 айналу жылдамдығына 0…170 рад/с-қа дейін тапсырыс беріп және М1 қозғалтқышының айналу жылдамдығының мәндерін 5.3.1 кестеге енгізіңіз.

5.3.1 кесте

3, рад/с

 , рад/с

6. Ауыспалы режімде электр жетектерінің координаталарын және көрсеткіштерін анықтау

• М1 қозғалтқышының айналу жылдамдығын, мысалы 150 рад/с-қа қойыңыз.

• G2 көзінің реттелінетін шығысындағы «ЯКОРЬ» тогының мәнін, мысалы 0,7 А-ге қойыңыз.

• Үрдістің жазылу уақыты tзаписи өткеннен кейін (по умолчанию – 20 с) қызықтыратын ауыспалы үрдісті ұйымдастырыңыз. Мысалы М1 қозғалтқыш жүктемесін жоғалтып-тастап қайта қосу. Ол үшін G2 көзінің «ОТКЛ.» батырмасын басып және 5 секунд өте сала «ВКЛ.» батырмасын қосыңыз.

• Өткен уақыт келесі өрнекпен анықталады:

 ,

мұндағы — ауыспалы үрдістің ұйғарылған уақыты, «Остановить» виртуалды батырмасын басып берілімдер жиынтығын тоқтатыңыз. Мысалы, өткен уақыт үшін = 20 с және = 5 с, ал нәтижесінде өткен уақыт 7,5 секундты құрады..

• Компьютер экранында бейнеленген қозғалтқыштың айналу жиілігіне, тогына және электрмагниттік моментіне, сондай-ақ оның механикалық сипаттамасына сараптама жасаңыз.

• Эксперименттердің аяқталысымен, гриб батырмасын басып G1 көзін өшіріңіз және оларда пайдаланылған барлық блоктардың «СЕТЬ» ажыратқыштарын ажыратыңыз.

• 5.2.1 кестедегі берілім бойынша қозғалтқыштың  = f(М) механикалық сипаттамасын тұрғызыңыз.

• 5.3.1 кестедегі берілім бойынша қозғалтқыштың  = f(3) сипаттамасын тұрғызыңыз.

6.1. «Жиіліктік жетекті автоматты басқару» бағдарламасын пайдалану бойынша нұсқау

• Графиктердегі координата нүктелерін анықтау үшін, экранда ағымды координаталарды бейнелеп көрсететін тышқанды пайдаланыңыз.

• Масштабқа келтіруді, графиктен тышқанның солжақ пернесін жібермей басу арқылы солдан оңға және жоғарыдан төмен манипуляторды ығыстыра жылжытумен іске асырады. Бастапқы масштабқа әкелу, манипуляторды кері ығыстыру арқылы іске асады – оңнан солға және төменнен жоғары.

• Координата осьтеріне қатынасты графиктерді сәйкес нысанға жылжыту, тышқанның оң жақ пернесін басып және ұстап тұрып оны қажетті жаққа біруақытта жылжытуға болады.

• Сәйкес виртуалды батырманы немесе «Пробел» пернесін басып, механикалық сипаттаманы тұрғызу аумағын тазалап алыңыз.

• Ауыспалы үрдістің жазылу уақыты келісім бойынша (по умолчанию) – 20 секунд. «Параметры» терезесіндегі «Запись процессов» хаттамасындағы көрсеткіштерге сәйкес ыңғайлап, оны жоғарылатыңыз.

• ПИД-реттегішінің күшейту коэффициентін, сондай-ақ «Параметры» терезесіндегі «Управление» хаттамасына сәйкес көрсеткіштерді ыңғайлап, айналу жылдамдық ұстамасының қарқынды өзгеруін өзгертіңіз.

• «Параметры» терезесін виртуалды батырманы басу арқылы бейнелеңіз.

 7. Бақылау сұрақтары

1. Жиілікті түрлендіргіштің атқаратын функциясы.

2. Түрлендіргіштердің құрылыстық орындалуы.

3. Түрлендіргішті эксплуатациялау жағдайы.

4. Түрлендіргішті орналастыру категориясы.

5. Жиілікті және статор кернеу шамасын келісті өзгерту арқылы қозғалтқыштың айналу жылдамдығы қалай реттеледі?