micromaster 440window.edu.ru/resource/504/71504/files/методичка.pdf · >2 . ˜. ˜ ˚ ˚ "...

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫMICROMASTER 440

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Новокузнецк 2010

Романов В. П. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ MICROMASTER 440УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Автор:

Романов В. П., преподаватель высшей квалификационной категории НОУ «РЦПП «Евраз- Сибирь»

Рецензент:

Зав. кафедрой «Автоматизированного электропривода и промышленной электроники»ФГОУ ВПО «СибГИУ» доктор технических наук, профессор Островлянчик В.Ю.

Учебно-методическое пособие включает описание общих принципов построениячастотных преобразователей, основных приемов работы при подключении,конфигурировании частотного преобразователя MICROMASTER 440, как с помощьюпанели оператора (ВОР), так и с помощью специализированного программногообеспечения. Отдельно рассмотрены вопросы особенностей эксплуатации силовой частипреобразователя (IGBT-модулей).


Оглавление

Основные теоретические положения ......................................................................................................4

Построение силовой части......................................................................................................................4

Принципы частотного управления асинхронным двигателем (АД)....................................................6

Особенности скалярного управления....................................................................................................8

Построение системы управления преобразователей частоты......................................................... 11

Внешняя тепловая защита двигателя от перегрузки ......................................................................... 14

Преобразователь частоты micromaster 440 .......................................................................................... 15

Подключение преобразователя .......................................................................................................... 16

Настройка и параметрирование преобразователя Micromaster 440............................................... 18

Принцип программирования частотного преобразователя............................................................. 18

Параметрирование привода ............................................................................................................... 21

Методика настройки параметров частотного преобразователя с помощью программногообеспечения DriveMon......................................................................................................................... 22

Руководство по использованию приложения для работы с ММ440 по сети PROFIBUS “Starter” . 26

Силовая часть преобразователя ....................................................................................................30

Список литературы.................................................................................................................................... 42


Основные теоретические положенияОсновным элементом современных электроприводов переменного тока является

преобразователь частоты (ПЧ). Несмотря на многообразие существующих на данныймомент алгоритмов управления и вариантов аппаратной реализации преобразователейчастоты, можно говорить о типовых решениях, применяемых большинствомпроизводителей.

Построение силовой частиНаибольшее распространение получили преобразователи частоты с

промежуточным звеном постоянного тока, построенные по схеме выпрямитель —автономный инвертор.

Базовыми элементами данного типа асинхронного частотно-регулируемогоэлектропривода являются управляемый преобразователь частоты ПЧ (UZF),питающийся от промышленной сети напряжением Uс и частотой fс, и асинхронныйдвигатель АД (М), питающийся от ПЧ (рисунок 1).

Рисунок 1 - Состав силовой части системы ПЧ-АД

При необходимости согласования мощности и входных напряженийпитания собственно ПЧ с сетью между ними может устанавливатьсясогласующий трансформатор TV1. Для ограничения токов короткого замыкания иперенапряжений на входе ПЧ могут устанавливаться токоограничивающие реакторы L1и дополнительные RC-фильтры Ф1. При необходимости согласования выходногонапряжения ПЧ и цепи питания М (например, для высоковольтных электрическихмашин) между ними могут устанавливаться согласующие трансформаторы TV2. Призначительном удалении двигателя от преобразователя (при длине кабельной связимежду ними более 50 м, а для ряда преобразователей допускается и более 200 м) навыходе ПЧ для ограничения перенапряжений на его силовых полупроводниковыхэлементах устанавливаются фильтрующие дроссели L2, а также помехоподавляющиеRC-фильтры Ф2.

Выходные частота f1 и фазное напряжение U1 (или ток I1) ПЧ определяютсясоответственно сигналами управления uf и uu. Регулирование частоты f1 и напряженияU1 (или тока I1) обеспечивает регулирование основных координат АД (тока,электромагнитного момента М, угловой скорости ω).

Наибольшее распространение получили две группы управляемыхполупроводниковых ПЧ: преобразователи со звеном постоянного тока и автономным инвертором АИ

(инвертором напряжения АИН или тока АИТ); преобразователи с непосредственной связью питающей сети и нагрузки ПЧНС

(без и с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения).Преобразователь по системе ПЧ-АИ состоит из трех силовых блоков:

управляемого или неуправляемого выпрямителя UZ1, силового фильтра Ф (C или


LC типа) в звене постоянного тока и автономного инвертора UZ2 (рисунок 2,а).АИ может быть выполнен либо на основе тиристоров с искусственной их

коммутацией, либо на запираемых (GTO) тиристорах, либо на полностьюуправляемых силовых транзисторах (чаще всего на базе IGBT-модулях, содержащихтранзистор с изолированным затвором и шунтирующий его силовой диод).

Рисунок 2 - Схема силовой части АИН (а) и диаграммы его выходных напряжений при АИМ (б) и ШИМ(в)

АИН (см. рис. 2,а) является источником напряжения. Благодаря емкости Сфильтра Ф и обратным диодам VD1-VD6, подключенным параллельно силовым ключамVT1-VT6, при работе АИН на активно-индуктивную нагрузку, к числу которойотносится АД, обеспечивается обмен реактивной энергией между АД и звеномпостоянного тока. Они обеспечивают непрерывность цепи тока в обмотках М приотключении их от источника питания в процессе коммутации и возврат запасенноймагнитной энергии в конденсатор фильтра.

Выходное напряжение АИН может регулироваться двумя способами:1. при управляемом выпрямителе UZ1 – изменением напряжения в звене

постоянного тока, когда инвертору отводится роль лишь коммутатора фаз,формирующего требуемую частоту (АИН с амплитудно-импульсной модуляцией АИМ);

2. при неуправляемом выпрямителе – широтно-импульсным регулированиемнапряжения в инверторе за счет модуляции напряжения несущей частоты(частоты коммутации силовых ключей) сигналом требуемой частоты (АИН сширотно-импульсной модуляцией ШИМ).

Диаграммы выходных фазных напряжений U и первых их гармоник U1 для АИНс АИМ и с ШИМ показаны на рис. 2,б и рис. 2,в соответственно.

В ПЧ с АИН отсутствует рекуперация энергии в питающую сеть. Принеобходимости возврата энергии в сеть питания входной выпрямитель в ПЧ с АИНдолжен быть реверсивным и управляемым (на рис. 2,а изображен пунктиром). При


отсутствии подобного выпрямителя для обеспечения режима динамическоготорможения АД параллельно фильтру Ф устанавливается узел сброса энергии наоснове ключа VT7 и силового резистора R. При превышении допустимого напряженияна выходе фильтра ключ VT7 открывается и обеспечивает разряд конденсатора нарезистор R.

К достоинствам преобразователей по системе ПЧ-АИ относятся: высокий диапазон частот выходного напряжения АИН (практически от 0 до 1500 Гц),

ограничиваемый лишь частотой коммутации и коммутационными потерями всиловых ключах автономного инвертора (для АИТ максимальная выходная частотатока – до 100–125 Гц);

низкий уровень гармонических составляющих напряжения или тока статорадвигателя и тока, потребляемого из сети питания;

высокий коэффициент мощности (до 0,95–0,98) в преобразователях снеуправляемым выпрямителем. В случае применения управляемоговыпрямителя коэффициент мощности меньше и близок коэффициенту мощности всистемах тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока;

относительно небольшое число силовых ключей преобразователя (по сравнению сПЧНС) и более простая схема их управления, не требующая синхронизации спитающей сетью;

для АИТ возможность рекуперации энергии в сеть и безаварийность режимакороткого замыкания по выходу.

К недостаткам подобных преобразователей следует отнести: двукратное преобразование энергии (с переменного напряжения

питающей сети на постоянное выпрямителя, а затем с постоянного – напеременное выходное напряжение инвертора), снижающее результирующий КПДпреобразователя частоты (до 0,94–0,96);

для АИН отсутствие (без дополнительной управляемой инверторной группы вблоке выпрямителя UZ1) возврата энергии в питающую сеть преобразователя,ограничивающее быстродействие регулирования скорости АД в тормозных егорежимах, высокие требуемые значения емкости фильтра Ф и, соответственно,большие габариты конденсаторной батареи;

Принципы частотного управления асинхронным двигателем (АД)С появлением в середине 90гг. надежных и эффективных полупроводниковых

преобразователей частоты стало возможным плавное управление частотой вращенияротора асинхронного двигателя. Более того, с развитием процессоров, стало возможнымт.н. векторное управление асинхронным двигателем, при котором двигатель при любойнагрузке и требуемой частоте вращения вала работает в оптимальном или близком коптимальному режиме.

Цель частотного управления – задание требуемой частоты вращения роторапосредством задания частоты и величины трехфазного питающего напряженияасинхронного двигателя с тем, чтобы он разгонялся и функционировал в режиме,близком к оптимальному. Степень оптимальности определяется законом регулированияи моделью двигателя, которая используется при выработке управляющих двигателемвоздействий, частоты и напряжения.

Существуют следующие виды управления асинхронным двигателем:


жесткое скалярное управление; скалярное управление с обратной связью по частоте; векторное управление.

Изменение только частоты питающей сети, без изменения величины напряжения,приводит к пропорциональному изменению частоты вращения вала и обратнопропорциональному изменению критического вращающего момента

Увеличение частоты питающего напряжения по отношению к номинальнойприводит к пропорциональному увеличению частоты вращения вала и к уменьшениюкритического момента и наоборот, уменьшение частоты сети увеличивает моментвращения, но одновременно увеличивает и токи ротора, что может вывести двигатель изстроя.

Как видно на рисунке 4, уменьшение частоты сети, а следовательно и частотывращения вала, приводит к увеличению критического момента. Это было бы не так иплохо, если бы не сопровождалось значительным увеличением токов ротора и статора,которое может вывести двигатель из строя. Поэтому на пониженных частотах длясохранения значения критического момента вращения на двигатель подают пониженноенапряжение.

Простейший способ это понижать напряжение пропорционально уменьшениючастоты, т.е. поддерживать соотношение напряжения и частоты постоянным, равнымэтому соотношению для номинальных значений. Это так называемое пропорциональноескалярное управление.

Рисунок 4 - Семейство механических характеристик модели асинхронного двигателя, снятое приразличных частотах и напряжениях сети

Рисунок 3 - Естественные механические характеристики модели асинхронного двигателя при разныхзначениях частоты питающего напряжения и одинаковом, номинальном напряжении.


Для поддержания постоянной величины критического момента при частотах сети,меньших номинальной f = 50 Гц, необходимо уменьшать напряжение питания дляуменьшения токов. При этом увеличивается пусковой момент, что, естественно, оченьхорошо. Повышать напряжение с увеличением частоты выше номинальной нельзя воизбежание перегрузки двигателя и поэтому критический момент уменьшается с ростомчастоты, ограничивая тем самым величину этого роста.

Для достаточно точного задания частоты вращения ротора, ввиду пологостирабочих участков механических характеристик, необходимо задавать частоту сетинесколько большую, чем требуемая частота вращения, задавать соответствующеенапряжение и учитывать величину момента сопротивления на валу.

Из рисунка 5 следует, что возможности увеличения частоты вращения ротора вышеноминального значения увеличением частоты напряжения весьма ограничены падениемвращающего момента. Частоту вращения можно повысить не более чем вдвое посравнению с номинальной. При этом невозможно одновременно повышать напряжениевыше номинального. Т.о. диапазон управления частотой асинхронного двигателя можетрасширяться в основном лишь в сторону уменьшения частоты.

Минимальная частота, на которой можно осуществить прямой запускасинхронного двигателя, ограничена снизу величиной в 5 – 10% от номинальной дляконкретного двигателя, поскольку при меньших частотах, несмотря на номинальные токи,пусковой вращающий момент очень мал и уменьшается с уменьшением частоты.

Тем не менее, современные алгоритмы управления частотой асинхронногодвигателя позволяют достигать диапазона 1 : 10, 1 : 100 и шире.

Особенности скалярного управленияУправление называют скалярным (т.е. численным, не векторным) тогда, когда для

определения значения напряжения при задаваемой частоте используется функциональнаязависимость между напряжением и требуемой частотой.

При изменении частоты питания f1 можно изменить скорость двигателя, однакоследует учитывать, что ток намагничивания fμ также зависит от частоты питания из-заиндуктивного характера сопротивления обмоток двигателя. Если рассмотретьупрощенную эквивалентную схему обмотки двигателя (Рисунок 5) можно записать:

Рисунок 5 - Эквивалентная схема обмотки двигателя, R1-активное сопротивление обмотки, Хh -реактивное сопротивление обмотки

Учитывая, что в штатном режиме Хh>>R1 можно пренебречь значением R1 изаписать данное выражение в виде:

Задача при применении частотного регулирования состоит в том, чтобы, удержатьток намагничивания Iμ постоянным и равным номинальной величине Iμ n, чтобы


асинхронный двигатель всегда работал при номинальном потоке Фп, что позволитполучить номинальный момент двигателя во всем диапазоне скоростей.

Чтобы сохранить ток намагничивания постоянным, напряжение U1 должноизменяться обратно пропорционально частоте (согласно формуле). Если это невыполняется, то ток намагничивания становится либо меньше (ослабленное поле), либобольше (перенасыщение).

По этой причине U/f-характеристика для инвертера обычно линейная в интерваледо максимальной угловой частоте fmax (рисунок 6), либо для отдельных видов приводов стак называемой (вентиляторной механической характеристикой) меняется по закону U/f2

Рисунок 6 - U/f характеристики инвертораРассмотренная эквивалентная схема обмотки АД (рисунок 5) описывает работу

ненагруженного двигателя. Если двигатель нагружен, то скольжение s ≠0 и вызывает токротора I2', как видно из эквивалентной схемы (рисунок 7). Этот дополнительный токротора, только активный ток, вызывает дополнительное падение напряжения на R1поэтому его необходимо скомпенсировать, следовательно, необходимо дополнительноенапряжения - называемое буст, чтобы удержать постоянным ток намагничивания Iμ .Строго говоря, это увеличение зависит от момента нагрузки (и/или от скольжения).Поскольку величина буста фиксированная, то необходимо выбирать компромисс междунагруженным и ненагруженным приводом.

Рисунок 7 - Эквивалентная схема обмотки нагруженного двигателя, R1-активное сопротивление обмотки,Хh - реактивное сопротивление обмотки

а бРисунок 8 - Влияние величины буста на механическую характеристику двигателя

а-буст слишком мал,б-буст слишком большой


Когда установка буста некорректна, может наблюдаться следующее: буст слишком мал (Рисунок 8,а). Максимальный момент уменьшается при низких

частотах Наклон характеристик в рабочем диапазоне становится положе т.к. большескольжение

буст слишком большой (Рисунок 8,б) В некоторых случаях максимальный моментувеличивается при низких частотах. Наклон характеристик становится круче ==>меньше скольжение Машина становится перенасыщеной, т.е. ток намагничиваниязначительно возрастает и следовательно наступает перегрев.

Асинхронный электропривод со скалярным управлением является на сегодняшнийдень наиболее распространенным. Он применяется в составе приводов насосов,вентиляторов, компрессоров и других механизмов, для которых важно поддерживать либоскорость вращения вала двигателя (при этом используется датчик скорости), либотехнологический параметр (например, давление в трубопроводе, при этом используетсясоответствующий датчик).

Метод скалярного управления относительно прост в реализации, но обладает двумясущественными недостатками. Во-первых, при отсутствии датчика скорости на валудвигателя невозможно регулировать скорость вращения вала, так как она зависит отнагрузки. Наличие датчика скорости решает эту проблему, однако остается второйсущественный недостаток — нельзя регулировать момент на валу двигателя. С однойстороны, и эту проблему можно решить установкой датчика момента, однако такиедатчики имеют очень высокую стоимость, зачастую превышающую стоимость всегоэлектропривода. Но даже при наличии датчика управление моментом получается оченьинерционным. Более того, при скалярном управлении нельзя регулировать одновременнои момент и скорость, поэтому приходится выбирать ту величину, которая являетсянаиболее важной для данного технологического процесса.

Для устранения недостатков, присущих скалярному управлению, фирмойSIEMENS еще в 1971 году был предложен метод векторного управления. Первыеварианты электроприводов с векторным управлением требовали использованиядвигателей со встроенными датчиками потока. Это существенно ограничивалоприменение таких приводов.

В современных электроприводах (рисунок 9) в систему управления закладываетсяматематическая модель двигателя, которая позволяет рассчитывать момент на валу искорость вращения вала. При этом необходимыми являются только датчики тока фазстатора двигателя. Благодаря специальной структуре системы управления обеспечиваетсянезависимое и практически безынерционное регулирование двух основных параметров —момента на валу и скорости вращения.

Рисунок 9 - Структурная схема векторного управления


На сегодняшний день сформировалось два основных класса систем векторногоуправления — бездатчиковые системы (без датчика скорости на валу двигателя) исистемы с обратной связью по скорости. Применение того или иного метода векторногоуправления определяется областью применения электропривода. При небольшихдиапазонах изменения скорости (не более 1:100) и требованиях к точности ееподдержания не более ±0,5% применяют бездатчиковое векторное управление. Если жескорость вращения вала изменяется в широких пределах (до 1:10000 и более), имеютсятребования к высокой точности поддержания скорости вращения (до ±0,02% при частотахвращения менее 1 Гц) или есть необходимость позиционирования вала, а также принеобходимости регулирования момента на валу двигателя на очень низких частотахвращения, применяют методы векторного управления с обратной связью по скорости.

При использовании векторного управления достигаются следующиепреимущества:

высокая точность регулирования скорости даже при отсутствии датчика скорости; плавное, без рывков, вращение двигателя в области малых частот; возможность обеспечения номинального момента на валу при нулевой скорости

(при наличии датчика скорости); быстрая реакция на изменение нагрузки: при резких скачках нагрузки практически

не происходит скачков скорости; обеспечение такого режима работы двигателя, при котором снижаются потери на

нагрев и намагничивание, а следовательно, повышается КПД двигателя.Наряду с очевидными преимуществами, методу векторного управления присущи и

некоторые недостатки, такие, как большая вычислительная сложность и необходимостьзнания параметров двигателя. Кроме того, при векторном управлении колебанияскорости на постоянной нагрузке больше, чем при скалярном управлении. Следуетотметить, что существуют области, в которых возможно использование только скалярногоуправления, например в групповом электроприводе, где от одного преобразователяпитаются несколько двигателей.

Построение системы управления преобразователей частотыОсновным элементом систем управления современных преобразователей частоты

является специализированный микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор(DSP). Построение системы управления на базе DSP обусловлено необходимостьюпроизведения большого объема сложных вычислений в режиме реального времени дляреализации современных алгоритмов управления. В наибольшей степени это критичнодля бездатчиковых систем векторного управления.

Система управления может быть одно или многопроцессорной. Однопроцессорныесистемы обладают рядом существенных недостатков: к микроконтроллеру предъявляютсяповышенные требования по наличию встроенных периферийных модулей и портов ввода-вывода, по быстродействию и объему памяти; значительно усложняется разработкапрограммного обеспечения. Однако при решении задач управления невысокой сложностидостоинством однопроцессорных систем является простота аппаратной и программнойреализации.


Рисунок 10 – Упрощенная структурная схема системы управления преобразователя частотыВ настоящее время большинство преобразователей строятся на двухпроцессорной

основе (рисунок 10). Первый процессор (ЦП1) выполняет основные функциипреобразователей частоты (реализация алгоритмов управления инвертором,выпрямителем, опрос датчиков и т. д.), второй (ЦП2) обеспечивает работу пультауправления, связь с системой верхнего уровня и другие сервисные функции. Следуетотметить, что распределение функций между микроконтроллерами может бытьпроизведено и другим способом.

Достоинства двухпроцессорной системы по сравнению с однопроцессорной —снижение требований к ЦП1 и ЦП2 по встроенной периферии, быстродействию и объемупамяти; возможность применения единого интерфейса для связи центральногоконтроллера с пультом управления и с системой автоматизации верхнего уровня;значительное упрощение разработки программного обеспечения для каждого изконтроллеров.

Управление драйверами инвертора осуществляется посредством формированияшестиканального ШИМ-сигнала с автоматическим добавлением «мертвого времени». Вбольшинствемикроконтроллеров модуль ШИМ реализован аппаратно. Для полученияформы выходного напряжения, близкой к синусоидальной (что особенно критично прискалярном управлении), может использоваться программная или аппаратная коррекция«мертвого времени». Также в большинстве случаев реализуется аппаратная блокировкасигналов ШИМ в случае аварии.

Управление преобразователем может осуществляться с помощью пульта(возможно, удаленного), дискретных или аналоговых входов.

Преобразователи конструктивно строятся по модульному принципу,позволяющему вводить в них дополнительные функциональные модули, которые всочетании со встроенными программными средствами позволяют получить различнуюконфигурацию электропривода, отвечающего требованиям заказчика, — от простейшихразомкнутых до точных замкнутых систем позиционирования. Как правило, такие модули


(платы) расширения содержат в своем составе аналоговые и дискретные входы и выходы,а также интерфейсы связи.

Все аналоговые входы и выходы на платах расширения имеют встроенныйисточник питания и обычно выполняются гальванически развязанными от системыуправления и дискретных входов и выходов. Функции, выполняемые аналоговымивходами и выходами, программируются с пульта управления. Наиболее часто аналоговыевходы служат для подключения датчиков обратной связи по технологическим параметрам(для этих целей, как правило, предусматривается один вход напряжения и один входтока). В большинстве преобразователей частоты имеется также вход для подключенияпотенциометра, используемого в качестве задатчика выходной частоты (дляпреобразователей частоты со скалярным управлением) или частоты вращения ротораэлектродвигателя (для преобразователей частоты с векторным управлением), при этом дляпитания задатчика частоты используется встроенный источник питания (как правило, 10В). Возможно также наличие дополнительного входа для подключения датчикатемпературы двигателя (терморезистора). Аналоговые выходы служат для индикацииодного из параметров состояния преобразователя частоты (например, текущей выходнойчастоты или расчетного значения момента на валу двигателя). Возможность подключенияк выходам как вольтметров, так и амперметров достигается за счет наличия выходанапряжения и выхода тока. Выходные аналоговые сигналы формируются с помощьюЦАП (как правило, 10-битных); в отдельных случаях выходное напряжение формируетсяметодом широтно-импульсной модуляции.

Дискретные входы и выходы на платах расширения используются дляподключения внешних управляющих сигналов, поступающих с электромагнитных реле, атакже для формирования сигналов управления такими реле.

Обычно в преобразователях частоты имеется от четырех до восьми дискретныхвходов типа «открытый коллектор», выполняющих следующие функции: выбор одной изтрех выходных частот (или скоростей вращения ротора), управление отключением иреверсом, аварийное отключение преобразователей частоты. Все дискретные входывыполняют гальванически развязанными от системы управления.

Дискретные выходы можно разделить на две категории: силовые («релейные»)выходы для управления внешними электромагнитными реле и выходы типа «открытыйколлектор» для работы с внешними логическими схемами. Платы расширения обычносодержат два релейных выхода, имеющих пару нормально замкнутых и пару нормальноразомкнутых контактов, а также четыре выхода типа «открытый коллектор». Функциивыходов можно запрограммировать с пульта управления; обычно это: готовность,перегрузка, авария, выход на заданную частоту. Все дискретные выходы гальваническиразвязаны от системы управления, при этом релейные выходы развязаны между собой, авыходы типа «открытый коллектор» имеют общий нулевой сигнал.

Для построения систем с обратной связью по скорости в преобразователях частотыпредусматривают входы для подключения датчика скорости типа «энкодер». Модульсопряжения с датчиком скорости может входить в стандартную поставкупреобразователей частоты или выполняться в виде платы расширения. Для питаниядискретных входов и датчика скорости используется встроенный источник питания(обычно 24 В).

Большинство преобразователей частоты комплектуется стандартным интерфейсомRS-422 или RS-485. При этом взаимодействие осуществляется с использованиемпротоколов Modbus или Profibus, или их упрощенных модификаций. При использованиимодулей расширения доступны дополнительные интерфейсы (например, CAN) ипротоколы (Interbus, CANOpen, DeviceNet).

Как правило, преобразователи частоты в своем составе имеет пульт управления,который располагается на лицевой панели корпуса преобразователя. Пульт содержитнесколько специализированных кнопок, в отдельных случаях может присутствовать


цифровая клавиатура. Вывод информации осуществляется посредством одно- илидвухстрочного специализированного ЖКИ или нескольких семисегментных индикаторов,а также светодиодов, отображающих режимы работы. На этапе ввода преобразователейчастоты в эксплуатацию пульт служит для конфигурирования преобразователя инастройки соответствующих параметров; во время работы — для наблюдения запараметрами рабочего режима. В процессе обслуживания на индикаторе отображаетсяинформация о возникших неисправностях, что обеспечивает возможность постоянногоконтроля состояния электропривода. Пульт управления, как правило, выполняетсясъемным, что позволяет подключать его к преобразователям частоты только принеобходимости и использовать один пульт для нескольких преобразователей.

Для хранения настроек системы, калибровочных параметров, журнала аварий идругой информации используется дополнительная энергонезависимая память. Часто онавыполняется на основе микросхем Flash-памяти (как правило, с последовательныминтерфейсом I2C или SPI). Кроме того, многие микроконтроллеры и DSP имеютвозможность сохранения данных во внутренней энергонезависимой памяти.

Внешняя тепловая защита двигателя от перегрузкиПри работе привода с частотой вращения ниже номинальной, эффективность

охлаждения с помощью вентилятора, установленного на валу двигателя снижается ивозникает опасность перегрева и выхода двигателя из строя. Контроль температурыдвигателя может осуществляется двумя способами:

I2t – контроль; PTC – контроль.I2t – контроль основан на зависимости количества теплоты Q, от величины тока I

протекающего через проводник сопротивлением R и продолжительности протекания токаt.

Данная зависимость называется законом Джоуля-Ленца и имеет вид:Q = I2* t*R.Следовательно измеряя значение величины тока за фиксированные промежутки

времени можно косвенно судить о величине температуры двигателя.Достоинства метода - не требует установки на двигатель дополнительных

датчиков.Недостатки метода - метод контроля не предлагает полной защиты. Так как

температура двигателя определяется косвенно. Если двигатель при включении ужегорячий, то дополнительная перегрузка двигателя может быть вызвать его разрушение.

PTC – контроль основан на использовании для измерении температуры двигателейспециально установленных температурных датчиков – термисторов.

Термистор — полупроводниковый резистор, изменяющие свое сопротивление взависимости от температуры. Термистор относится к термочувствительным защитнымустройства. Располагаются в специально предусмотренных для этой цели гнездах влобовых частях электродвигателя (защита от заклинивания ротора) или в обмоткахэлектродвигателя (защита от теплового перегруза).

Термисторы в основном делятся на два класса:PTC-типа — полупроводниковые резисторы с положительным температурным

коэффициентом сопротивления;NTC-типа — полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным

коэффициентом сопротивления.Для защиты электродвигателей используются в основном PTC-термисторы

(позисторы Positive Temperature Coefficient), обладающие свойством резко увеличиватьсвое сопротивление, когда достигнута некоторая характеристическая температура.


Три (для двухобмоточных двигателей — шесть) PTC-термистора соединеныпоследовательно и подключены к входу электронного блока защиты. Преобразовательнастроен таким образом, что при превышении суммарного сопротивления цепочкидвигатель отключается или в зависимости от настройке системы выдаетсяпредупреждение.

PTC защита предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможноопределить с достаточной точностью температуру двигателя. Это касается прежде всегодвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения иотключения (повторно-кратковременным режимом) или двигателей с регулируемымчислом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защитаэффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя системыпринудительного охлаждения.

Недостатком данного вида защиты является то, что с датчиками выпускаютсядалеко не все типы двигателей. Это особенно касается двигателей отечественногопроизводства. Датчики могут устанавливаться только в условиях стационарныхмастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильнозависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого двигателя.

Преобразователь частоты micromaster 440Преобразователи MICROMASTER 440 являются серийными преобразователями

для регулирования трехфазных электродвигателей. Отдельные поставляемые моделиимеют диапазон мощностей 120 Вт при однофазном входе и до 75 кВт при трехфазномвходе.

Преобразователи оснащены микропроцессорной системой управления ииспользуют самые современные технологии с IGBT модулями - транзисторами (InsulatedGate Bipolar Transistor = биполярный транзистор с изолированным затвором). Вследствиеэтого преобразователи надежны и разнообразны. Оригинальный способ широтно-импульсной модуляции с выбором частоты коммутации дает возможность бесшумнойработы электродвигателя. Обширные функции защиты обеспечивают эффективнуюзащиту преобразователя и электродвигателя.

В преобразователе Micromaster 440 используется система с автономныминвертором напряжения (АИН), работающего по принципу широтно - импульсногопреобразователя (ШИП).

В преобразователе используется нереверсивный выпрямитель и режимторможения постоянным током предусмотрен. Применение тормозного резистора такжепредусмотрено.

Возможность торможения только постоянным током накладывает ограничения наприменение преобразователей. Такие преобразователи частоты необходимо применять вустановках с нечастыми торможениями и где отсутствует нагрузка, способнаяпереводить электродвигатель в генераторный режим, иначе возможен перегревэлектродвигателя и его аварийное отключение.

Частота ШИМ преобразователя Micromaster 440 может изменяться от 2 до 16 кГц иможет задаваться принудительно. В общем случае частота ШИМ Микромастера зависитот нагрузки и температуры преобразователя, в случае его перегрева частота ШИМснижается.

Современные преобразователи частоты предлагают гибкий выбор законоврегулирования частоты и напряжения на электродвигателе. Выбор конкретного законарегулирования зависит от типа нагрузки и требуемой точности, преобразовательMicromaster 440 поддерживает следующие способы задания зависимости напряжения (V)от частоты (f):


Скалярные режимы Линейная V/f (по умолчанию), может применяться для нагрузки с изменяемым и

с постоянным моментом (насосы, конвейеры); Линейное V/f-регулирование с FCC (Flux Current Control) (контролем

потокосцепления) – поддерживает ток двигателя, создающий поток для улучшенияэффективности, этот способ регулированияможет использоваться для увеличенияКПД и динамических характеристик электропривода;

Квадратичная V/f2 – может применяться для нагрузок с изменяющимся моментом(компрессоры, насосы);

Многоточечная V/f – для особых случаев. Линейное V/f-регулирование с режимом ЕСО - с этой функцией происходит

автоматическое снижение или повышение напряжения для минимизации потерьмощности.

V/f-регулирование для применения в текстиле нет никакой компенсации идемпфирования. Регулятор макс, тока использует частоту вместо тока напряжение.

V/f-регулирование с FCC для применения в текстиле V/f-регулирование с независимой уставкой напряжения - можно задавать напряжение

в независимо от выходной частоты преобразователя (RFG).Векторные режимы:

Безсенсорное векторное регулирование - обеспечивает точное регулирование частотывращения двигателя без применения датчика скорости. Обеспечивает высокий моменти динамические свойства привода.

Безсенсорное векторное управление моментом - обеспечивает векторноерегулирование заданного момента на двигателе без датчика момента. Применяется втехнологиях, требующих поддержание заданного значения момента на валудвигателя.

Преобразователь может работать как с асинхронным электродвигателем, так и ссинхронной машиной, при работе с синхронным электродвигателем допускается работатолько при задании линейной зависимости V/f.

Более подробно с работой преобразователей частоты и выбором законовуправления вы можете ознакомиться в литературе [2].

Подключение преобразователя

Подключение электродвигателя и сети к преобразователю поясняется схемой,изображенной на рисунке 11. Подключение цепей управления показано на рисунке 12.

Рисунок 11 - Подключение электродвигателя и сети


Рисунок 12 - Подключение цепей управления


Настройка и параметрирование преобразователя Micromaster 440

Настройка и параметрирование преобразователя частоты может осуществлятьсякак посредством панели управления BOP (Basic Operator Panel), так и посредствомперсонального компьютера с использованием специального программного продукта,например DriveMonitor или Starter и адаптера интерфейса USB/RS-485. Описаниефункционального назначения клавиш приведено в таблице.

Клавиши базовой панели обслуживанияПоле / клавиша Функция Действие

Индикация состоянияLCD показывает установку, с которой преобразовательработает в данный момент

Пускпреобразователя

При нажатии клавиши преобразователь пускается. Эта клавишаявляется по умолчанию пассивной. Клавишу активизируютустановкой P0700 =1

Остановкапреобразователя

AUS1 Нажатие клавиши приводит к остановке преобразователяпо выбранной рампе скорости. По умолчанию пассивна,активизируется установкой P0700 = 1 AUS2 Двойное нажатие(или длительное удержание) вызывает свободный выбегэлектродвигателя до остановки

РеверсированиеНажатие этой клавиши вызывает реверсированиеэлектродвигателя. Обратное вращение отображается знакомминус (-) или мигающей десятичной точкой. По умолчаниюпассивна, активизируется установкой P0700 = 1

Толчковый режим Нажатие этой клавиши при остановленном преобразователевызывает пуск электродвигателя с заданной JOG-частотой.После отпускания клавиши преобразователь останавливается

Функции Эта клавиша может использоваться дляотображения дополнительной информации. Клавиша должнанажиматься и удерживаться. Она указывает в зависимости отлюбого параметра при работе следующее:1. Напряжение промежуточного контура постоянного тока.(Обозначено буквой d).2. Выходной ток (A).3. Выходная частота (Hz).4. Выходное напряжение (o).5. Величину (выбранную в P0005).

Доступ к параметрамНажатие этой клавиши обеспечиваетдоступ к параметрам

Повышение значениявеличины

Нажатие этой клавиши повышаетотображаемое значение. Для изменения задания частоты спомощью BOP нужно установить P1000 = 1

Понижение значениявеличины

Нажатие этой клавиши понижаетотображаемое значение. Для изменения задания частоты спомощью BOP нужно установить P1000 = 1

Параметрирование преобразователя заключается в изменении его системныхнастроек с целью внедрения его в систему автоматизации и согласования преобразователяс электродвигателем и сетью.

Принцип программирования частотного преобразователяСистема управления преобразователя работает по параметрам, доступ к контролю и

изменению которых возможен по шине Profibus, а также, через базовую панель оператора.Это означает, что процессор частотного преобразователя уже имеет очень большой наборпрограмм и подпрограмм, в которых наладчику достаточно лишь задать некоторыепараметры (числа), чтобы процессор понимал и был готов выполнять требуемые функциипо тому или иному способу управления выходным напряжением преобразователя, а,следовательно, и двигателя.


Параметр это числовое значение, характеризующее физическую величину,некоторое свойство или команду управления. Параметр имеет имя (номер) в виде буквы ичетырехзначного числа, и значение.

Имя параметра выглядит следующим образом - индекс и четыре цифры, напримерР0003. Индекс (буква) в имени параметра указывает на тип параметра, цифры - этопорядковый номер в системе параметров.

Для того чтобы узнать значение параметра - нужно зайти в него. Означает это, чтоесли требуется узнать значение параметра, нужно вывести это значение пользуясь,например, кнопками базовой панели оператора, на индикатор.

Любой параметр имеет свой разрешенный диапазон изменения и ему изначальноприсвоено какое-то значение, определенное на заводе-изготовителе. Частотныйпреобразователь Micromaster 440 имеет около 2000 всевозможных параметров, часть изкоторых предназначена только для контроля, другая часть может изменяться наладчикомоборудования.

Параметры бывают двух видов: параметры с индексом «r» - только для просмотра («r» - от английского read –

читать); параметры с индексом «Р» - для изменения.

Рисунок 13 - Пример изменяемого параметра синдексом «Р» (это группа допускает

изменения)

Рисунок 14 - Пример читаемого параметра синдексом «г» (ток двигателя)

Изменяемые параметры предназначены для управления работой преобразователя,читаемые – для контроля состояния и процесса работы преобразователя и двигателя.

Для удобства работы с обширным набором параметров они разбиты на 23 группы.Дело в том, что индикация и управление параметрами осуществляется с весьма

примитивной Базовой панели оператора, которая позволяет просматривать параметрытолько последовательно, в порядке изменения их номеров. Для изменения имени (номера)параметра на единицу нужно нажать кнопку "больше" или кнопку "меньше" один раз. Идля просмотра всего двух параметров, например Р0002 и Р0502 пришлось бы нажиматькнопку 500 раз. На самом деле при длительном нажатии на кнопки "больше" или"меньше" происходит быстрое пролистывание списка параметров.

Но если выбрать некоторую группу параметров, например характеризующуюработу асинхронного двигателя, то параметры будут индицироваться выборочно, толькоте, что относятся к конкретной группе.

Возможны следующие варианты (неполная выборка, названия групп взяты изинструкции к преобразователю [1], стр. 52.):

0 - "Все параметры" - возможность контролировать и изменять все доступныепараметры;

2 - "Преобразователь" - возможность контролировать и изменять параметрыработы частотного преобразователя;

3 - "Двигатель" - возможность контролировать и изменять параметры,характеризующие асинхронный двигатель, на который подает напряжение


преобразователь. Обычно, для конкретного двигателя задаются один раз и требуютизменения при подключении другого двигателя;

7 - "Команды и бинарные входы/выходы" – параметры обработки дискретныхсигналов, подаваемых на клеммы преобразователя;

8 - "Аналоговые входы выходы" - параметры обработки аналоговых сигналов,подаваемых на клеммы преобразователя;

10 - "Канал задания и формирователь рампы" – параметры, определяющиеисточник получения задания частоты и скорость изменения частоты на выходепреобразователя;

13 - "Управление двигателем" – скалярное или векторное управление, величинакомпенсации скольжения;Количество индицируемых при "перелистывании" параметров группы может быть

изменено и выбором одного из пяти уровней доступа к параметрам группыМожно выбрать один из пяти уровней доступа в группе:

0 – “Список параметров, определенных пользователем” : набор параметровопределяемый пользователем. Здесь наладчик может задать список тех параметров,к которым он обращается чаще всего. И это ускорит его работу по настройкечастотного преобразователя.

1 - “Стандартный”: этот набор параметров позволяет настроить работу привода втехнологическом процессе, обеспечить его связь с внешними системамиуправления через клеммы преобразователя.

2 - “Расширенный”: позволяет конфигурировать и подстраивать вход/выходыпреобразователя, производить выбор функциональных свойств преобразователя,настройка связи по шине Profibus;

3 - “Экспертный”: предоставляет пользователю изменять все настройкипреобразователя, влияющие на работу привода в технологическом процессе,осуществлять точную настройку, производить диагностику работы привода и еговнутренних контуров регулирования и управления (для использованиявысококвалифицированным персоналом);

4 - “Сервисный”: этим набором параметров пользуются при диагностированииработы системы управления привода на предмет определения неисправностей испециальной перенастройки привода под специальные задачи привода. Обычномупользователю этот набор недоступен – может быть защищен паролем.Выбрав группу параметров и уровень доступа (что меняет количество доступных к

просмотру или изменению параметров в группе) можно ограничить рабочее менюпараметров только необходимым в данный момент набором.

Выбор уровня доступа и группы параметров в частотномпреобразователе

Уровень доступа задается в значении параметра с именем (номером) Р0003,группа параметров выбирается в параметре с именем Р0004.

Например, вот как можно установить стандартный набор (1 - уровень доступа)параметров в группе «двигатель» (группа 3):

Внимание! Для правильной работы привода важно не изменять уже установленныеранее параметры двигателя. Поэтому приводимый ниже порядок контроля параметров недолжен сопровождаться изменением их значений.


Т.о. зайдя в читаемый параметр можно только посмотреть его значение, визменяемом параметре с помощью кнопок «больше» и «меньше» поменять это значение ипосле выхода из индикации параметра это значение запоминается и автоматически

активируется, т.е. начинает работать. Но не все параметры можно изменять когдадвигатель уже работает, поэтому изменять значение параметров следует только приостановленной работе привода!

Параметрирование приводаПосле того, как схема собрана, необходимо подать питание на преобразователь,

включив источник. Преобразователь включиться, теперь можно произвестипараметрирование преобразователя при помощи BOP для работы с электродвигателембез изменения назначений кнопок управления с минимальным количеством вводимыхданных (так называемый быстрый старт), проделав последовательно шаги,показанные на рисунке 16.

Будьте внимательны при параметрировании преобразователя, в случаенекорректного задания параметров электродвигателя возможен выход дорогостоящегооборудования из строя.

Рисунок 16 - Порядок параметрирования преобразователя при «быстром старте»

Рисунок 15 - Некоторые имена (номера) и соответствующие им значения параметров. В данном случаеr0000 = 26.5 Гц - выходная частота, т.е. частота выходного трехфазного напряжения преобразователя

частоты, r0002 = 4 - означает, что преобразователь в работе, уровень доступа Р0003 может изменятьсяналадчиком от 0 до 4, группа параметров Р0004 может изменяться от 0 до 22


Для выхода из параметрирования и возвращения панели к отображению частоты(или другого параметра) необходимо вернуться к параметру r0000 и нажать P илипоследовательно, находясь в режиме выбора параметров, нажать Fn и P.

Настройка параметров преобразователя с помощьюспециализированного программного обеспечения

Методика настройки параметров частотного преобразователя спомощью программного обеспечения DriveMonЗапускаем программное обеспечение DriveMon .

Рисунок 17 - Окно программы DriveMonВыбираем закладку file New Based on factory setting

Рисунок 18 - Окно программы при создании нового проекта


Выбираем из списка тип преобразователя

Рисунок 19 - Последовательность действий при выборе типа преобразователя


Далее выбираем версию программного обеспечения (написана на шильдикепреобразователя)

Далее щелкаем на иконку с надписью “Direct to parameter list”

Далее появляется окно, см. ниже


После этого надо выбрать режим online, для того, чтобы подключится кпреобразователю.

Рисунок 20 - Вид окна программы с режиме online

Далее вы работаете в режиме online.В режиме online есть две памяти – RAM и EEPROM. Первая энергозависимая,

вторая – энергонезависимая. При работе с первой при отключении питания все данныебудут утеряны,

При работе со второй памятью все вносимые Вами изменения и значенияпараметров будут сохранены во внутреннюю энергонезависимую память, также как и приработе с ВОР или АОР.

С помощью кнопок On/Off Вы можете управлять преобразователем и перед вамиоткрыт список параметров, которые Вы можете менять на необходимые для Вас значения.


Руководство по использованию приложения для работы с ММ440 посети PROFIBUS “Starter”

Работа с пакетом «Starter»

Создание проектаЗагрузите Starter, выполнив команду «ПУСК/Simati

micromaster 440window.edu.ru/resource/504/71504/files/методичка.pdf · >2 . ˜. ˜ ˚ ˚ "...

Documents