Краткое описание комплектного ПЧ
Выбранный ПЧ SJ700-075HFEF2 имеет следующие характеристики: Мощность – 7.5кВт,Ток – 16 А
Преобразователи частоты SJ700 имеют усовершенствованную функцию бессенсорного векторного контроля, которая делает возможным пусковой момент 200% при 0,3 Гц. Сочетание высокой скорости выполнения операций, усовершенствованного регулятора тока и функции подавления перегрузки по току и напряжению обеспечивает предотвращение отключения инвертора во время разгона и замедления. Автоматическая настройка упрощает установку параметров двигателя. Инверторы SJ700 идеально подходят для применения в случаях, когда требуется высокий пусковой момент, например в подъемных кранах, экструдерах (прессах), а также подъемных механизмах. Поддерживают различные протоколы промышленной связи, что позволяет легко интегрировать преобразователи во многие системы управления и автоматизации.
Отличительные особенности:
· Встроенный ЭМС фильтр
· Встроенное тормозное устройство (до 22 кВт)
· Пусковой момент 200% при 0,3 Гц
· Протоколы Profibus, CANopen and DeviceNet
На рисунке 5 представлена принципиальная схема системы управления ПЧ-АД:
Рисунок 5 – Принципиальная схема системы управления ПЧ-АД.
Краткое описание состава и работы
На входе ПЧ ставится автоматический выключатель (QF1), предназначенный для защиты ПЧ от перегрузки и короткого замыкания. С помощью контактора KM1 реализована нулевая блокировка. Коммандоаппарат (SM1) служит для переключения скоростей при пуске и реверсе. Для измерения частоты вращения применяется тахогенератор (BR1). При появлении сигнала на программируемой клемме 11 срабатывает промежуточное реле (KV5.1) включая сигнальную лампу (HL2) ”Перегрузка”. В нормальном режиме работы клеммы AL0 и AL1 замкнуты, лампа (HL1) ”Работа” включена. Тормозной резистор (R1) служит для рассеивания мощности двигателя (M1). Резисторы R2, R3, R4 служат для регулировки напряжения с выходов тахогенератора. (А2) – блок питания с выходным напряжением 24 В.
Расчёт и выбор элементов принципиальной схемы
Промежуточное реле
С учетом рабочего напряжения 24В и 220В, выберем реле РП-23 с техническими характристиками:
Номинальное напряжение: 24/220В;
Время срабатывания реле при номинальном напряжении: 0,06 секунд;
Потребляемая мощность: 5,5 (Вт);
Число и вид контактов: 4 «з» + 1 «р».
Командоаппарат
С учетом количества скоростей – 2, выберем коммандоаппарат КА-414А2:
Число контактных групп: 5;
Количество позиций: 5.
Лампы накаливания
С учетом рабочего напряжения - 24В, выбираем лампы накаливания
8GA002071-241:
Номинальная мощность: 5Вт;
Напряжение: 24В;
Автоматический выключатель
С учетом номинального тока - 22А, выберем автоматический выключатель
PL6-C32/3:
Количество полюсов: 3;
Номинальный ток: 32А;
Рабочее напряжение: 380 В;
Кривая отключения: «C»;
Отключающая способность: 6 кА.
Блока питания
Pобщ. = Pреле+Pк.а. + Pламп + Pпер.устр. =5,5 + 5 + 2*5 + 5 = 25,5 Вт.
С учётом необходимого напряжения в 24 В и выходной мощностью 30 Вт, выбираем блок питания DRAN30-24A:
Выходное напряжение: 24В;
Выходной ток: 1.2А;
Мощность: 30 Вт.
Выбор тахогенератора
С учетом номинальной скорости двигателя (1450 об/мин), выбираем тахогенератор ТП212-0,133-0,5УХЛ2:
Номинальная скорость двигателя: 1500 об/мин;
Напряжение: 200В;
Тип возбуждения: постоянный магнит.
Выбор резисторов
Тормозные резисторы предназначены для потребления энергии торможения от двигателя и рассеивания ее в виде тепла. Для SJ700-075HFEF2 подходит резистор IRV/ IRH 130 с сопротивлением 20 Ом и общей мощностью 130 Вт.
В качестве делителя напряжения используем резисторы R2, R3, R4. Произведем их расчет:
Выберем номиналы резисторов из ряда Е12:
Параметрирование
Параметрирование определяет структуру и режим работы преобразователя. Указываются настройки регулятора скорости, время пуска и торможения, функции входных и выходных сигналов.
Используемые группы параметров:
F – основные функции
A – стандартные функции
B – точно-регулируемые функции
C – функции программируемых клемм
H – постоянные функции двигателя
Таблица 4 – Данные параметрирования.
| Функциональный код | Наименование/описание | Установленное значение | Примечание |
| F002 | Установка времени разгона | 0,5 | с |
| F003 | Установка времени торможения | 0,5 | с |
| A001 | Установка источника задания частоты | Дискретный вход | |
| A002 | Установка источника подачи команды Пуск | Входные клеммы [FW] или [RV] | |
| A003 | Установка базовой частоты | Гц | |
| A004 | Установка максимальной частоты | Гц | |
| A044 | Выбор вида кривой V/f – характеристики | Создаваемая V/f | |
| A045 | Выходное напряжение | % | |
| A061 | Установка верхней границы частоты | Гц | |
| A062 | Установка нижней границы частоты | Гц | |
| A071 | Активация ПИД-регулятора | ПИД регулятор ВКЛ | |
| A072 | Пропорциональная составляющая ПИД регулятора | 25.09 | 
|
| A073 | Интегральная составляющая ПИД регулятора | 0.002 | 
|
| A074 | Дифференциальная составляющая ПИД регулятора | 0.326 | 
|
| A076 | Выбор входа для сигнала обратной связи | Клемма [O] (по напряжению) | |
| A077 | Выбор работы ПИД регулятора | Инверсная работа ПИД регулятора | |
| A085 | Выбор режима работы | NOR - Стандартный режим работы | |
| A097 | Выбор формы кривой разгона | Линейная | |
| A098 | Выбор формы кривой торможения | Линейная | |
| B001 | Выбор режима автоматического повторного запуска | Аварийное отключение | |
| B006 | Обнаружение обрыва фазы | инвертор отключается при обрыве фазы | |
| B012 | Уровень установки теплового реле | 19,2 | Номинальный ток ПЧ, A |
| B013 | Характеристика электронного теплового реле | Постоянный момент | |
| B021 | Режим работы функции токоограничения | Активизирована в режиме разгона и при работе на постоянной скорости | |
| B022 | Установка уровня токоограничения | А | |
| B046 | Защита от вращения двигателя в обратном направлении | Включено | |
| B087 | Активизация клавиши Стоп на пульте оператора | Включено | |
| B100 | Частота 1 для создаваемой V/f, от 0Гц до b102 | от 0Гц до b102 | |
| B101 | Напряжение 1 для создаваемой V/f, от 0 до 800В | 9.5 | от 0 до 800В |
| B102 | Частота 2 для создаваемой V/f, от 0Гц до b102 | 151.8 | от 0Гц до b102 |
| B103 | Напряжение 2 для создаваемой V/f, от 0 до 800В | от 0 до 800В | |
| C001 | Функция клеммы [1] | Реверс | |
| C011 | Активное состояние контакта для клеммы [1] | Нормально открытый | |
| C019 | Активное состояние контакта для клеммы [FW] | Нормально открытый | |
| C021 | Функция клеммы [11] | Перегрузка | |
| C026 | Функция клемм реле аварийной сигнализации | Сигнал об ошибке | |
| C031 | Активное состояние контакта для клеммы [11] | Нормально открытый | |
| C036 | Активное состояние контакта для клемм реле аварийной сигнализации | Нормально открытый | |
| H002 | Параметры двигателя | Ручная настройка параметров | |
| H003 | Мощность двигателя | 7,5 | кВт |
| H004 | Количество полюсов двигателя | ||
| H005 | Константа скорости двигателя | 0,037 | 
|
| H020/H220 | Установка параметра R1, от 0.001 до 65.53 Ом | 0,622 | Ом |
| H021/H221 | Установка параметра R2, от 0.001 до 65.53 Ом | 0,473 | Ом |
| H022/H222 | Установка параметра L, от 0.001 до 65.53 Ом | 0,869 | Ом |
| H023/H223 | Установка параметра I0, от 0.01 до 655.3 A | 15,3 | А |
| H024/H224 | Установка параметра J, от 0.001 до 9999 | 0,36 | кгм2 |
Расчёт статических механических характеристик и рабочих скоростей (частот)
Так как 
, то 
Определим частоты для всех двух скоростей:
, 
, 
На рисунке 6 представлены статические механические характеристки:
Рисунок 6 - Статические механические характеристки.
Моделирование
На рисунке 7 представлена схема системы управления ПЧ-АД в пакете MatLab:
Рисунок 7 – Схема системы управления ПЧ-АД в пакете MatLab.
Схема системы управления состоит из следующих элементов:
1) Задающее устройство представлено блоком – From WorkSpace. Его значения представлены массивом simin на рисунке 5:
Рисунок 5 - Значения массива simin.
2) Задатчик интенсивности – формирует сигнал задания на скорость. Представлен элементами: Gain10, Saturation2, Gain7(1/tр), Integrator3. На выходе получим тахограмму работы механизма с заданным временем разгона и торможения.
3) ПИД-регулятор - используется для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. Представлен элементами: Gain15 (Tдиф), Derivative2, Saturation6, Gain14 (Kрс), Saturation7, Transfer Fcn2 (Tрс), Trancfer Fcn4 (Kпч, 
), Transfer Fcn1 ( 
,Tэ).
4) Модель двигателя. Представлена элементом Transfer Fcn1 ( ,Tэ), Gain5 (1/J), Integrator2, Sturation3 (Mc), Gain12.
На рисунке 8 изображены переходные процессы: момент и скорость:
Рисунок 8 – Переходные процессы: момент и скорость.
Рассмотрим динамические показатели качества регулирования. К ним относятся быстродействие и перерегулирование, которые нормируются для случая воздействия на систему регулирования возмущающего воздействия .
На рисунке 9 изображены динамические показатели качества регулирования момента.
Рисунке 9 – Динамические показатели качества регулирования момента.
Быстродействие определяет быстроту реакции электропривода на изменение воздействия. К показателям быстродействия относятся:
1) Время переходного процесса: 
2) Установившаяся скорость: 
3) Максимальная скорость: 
4) При 
, допустимое отклонение скорости: 
На рисунке 10 изображены динамические показатели качества регулирования скорости.
Рисунке 9 – Динамические показатели качества регулирования скорости.
1) Время переходного процесса: 
2) Установившийся момент: 
3) Максимальный момент: 
4) При , допустимое отклонение скорости: 
Заключение
В представленном курсовом проекте была спроектирована автоматизированная система управления механизма поворота. Целью работы было
получение начальных навыков проектирования автоматизированных систем управления электроприводов. В ходе работы была разработана функциональная и принципиальная схема замкнутой системы управления ПЧ-АД, расчет и выбор элементов схемы, произведено параметрирование выбранного ПЧ, выбор и расчет параметров регулятора скорости и статических механических характеристик, в пакете MatLab расчитаны динамические режимы работы ЭП.
Библиографический список
1. Шалагинов В. М., Ишутинов Д. В.. Системы управления электроприводами. Задания и методические указания по выполнению курсового проекта. Киров: ПРИП ВятГУ, 2008.
2. Справочник по автоматизированному электроприводу./Под ред.В.А.Елисеева.-М.:Энергоатомиздат,1983.
3. Усынин Ю. С. Системы управления электроприводов: Учеб. Пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Челябинск: ЮУрГУ, 2004. 328 с.
4. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. – 392 с., ил.
5. Ишутинов Д. В. Моделирование электромеханических систем электропривода: Методические указания и лабораторный практикум для студентов дневного отделения. Киров: ПРИП ВятГУ, 2004.
6. Электроприводы серии ЭПУ1М. Техническое описание и инструкции по эксплуатации. ИГФР.654674.001 ТО3
7. Четверткова И.И., Терехова В.М. Резисторы: справочник. – М.: Радио и связь, 1991 – 528с., ил.