Задание №28 Исследовать работу ЦАП на основе матрицы R

Задание №28 Исследовать работу ЦАП на основе матрицы R-2R и работу
параллельного АЦП
Применяемые приборы и оборудование:
модуль «Элементы ЦАП и АЦП» ;
.«Модуль питания и измерений»;
·«Модуль измерительный»;
соединительные проводники
Общие сведения
Цифро-аналоговые преобразователи (далее - ЦАП) предназначены для
преобразования цифровых сигналов в аналоговые и служат для сопряжения
цифровых устройств формирования и обработки сигналов с аналоговыми
потребителями информации.
Существует несколько схем, каждая из которых служит базой для построения
многих разновидностей ЦАП.
Общая схема построения ЦАП
Принцип работы заключается в следующем. Для формирования
аналогового сигнала на выходе, однозначно соответствующего
цифровому
коду
входного
сигнала,
аналоговые
ключи
аi
подключают к выходу ЦАП необходимое количество источников
опорных сигналов bj, величина которых пропорциональна весу
соответствующего двоичного разряда
Рисунок127 Общая схема построения ЦАП
Наибольшее распространение в настоящее время получили микроэлектронные
ЦАП. ИХ в общем случае можно разделить на преобразователи с прямым и
промежуточным преобразованием.
Преобразователи с прямым преобразованием обычно параллельного типа.
В состав простейшей схемы ЦАП обычно входят источники опорного напряжения,
резистивные или активные делители, аналоговые ключи. В качестве делителей чаще
всего применяются матрицы R - 2R. Суммирование токов, образованных
230
подключением
соответствующих
источников,
производится
операционным
усилителем (далее - ОУ).
Подключая
несколько
резисторов
к
суммирующему входу операционного усилителя, на
выходе
можно
пропорциональное
получить
взвешенной
напряжение,
сумме
входных
напряжений.
Рисунок 128 Матрица R-2R
Способ
масштабирующих
резисторов
становится
неудобным,
если
преобразованию подвергаются много разрядов. Матрица R-2R приводит к изящному
решению этой задачи. Здесь требуется только 2 значения резисторов, по которым
матрица R-2R- формирует токи с двоичным масштабированием. Особенностью такой
матрицы являться то, что ее входное сопротивление при любом положении ключей
равно R, Т.е. общий ток, втекающий в матрицу равен
I = Eo/Ro
(68)
Распределение потенциалов в узлах матрицы не меняется при изменении
положения ключей, поскольку входное сопротивление операционного усилителя
фактически равно нулю, следовательно, потенциал на входе равен потенциалу
«землю>. Это обстоятельство приводит к последовательному уменьшению вдвое
напряжения в узлах схемы по мере их удаления от источника опорного напряжения и
такому же уменьшению токов, протекающих через ключи. Если ток
Im = I = Eo/2 R,
(69)
то Im-1 = Eo/ 2* 2 R и так далее до
I1= I = Eo/2mR где m степень
Приведенная схема формирует напряжение от О В до 5 В с числом уровней
дискретизации равным 16, при подаче на разряды матрицы входного двоичного 4-х
разрядного числа. Схемы ЦАП на основе резистивных матриц R-2R практичны,
231
надежны, обладают высокой
скоростью преобразования
и легко реализуются в
интегральном исполнении.
Не требуется широкого
диапазона номин
Рисунок 129 Модуль «Элементы ЦАП и АЦП»
алов чрезвычайной точности при их подгонке.
Приведенная схема формирует напряжение от О В до 5 В с числом уровней
дискретизации равным 16, при подаче на разряды матрицы входного двоичного 4-х
разрядного числа с ТТЛ уровнями. Схемы ЦАП на основе резистивных матриц R-2R
практичны, надежны, обладают высокой скоростью преобразования и легко
реализуются в интегральном исполнении. Не требуется широкого диапазона
номиналов и чрезвычайной точности при их подгонке.
Рисунок 130 Аналого-цифровой преобразователь
Аналого-цифровые преобразователи (далее - АЦП) представляют собой
устройства,
которые
преобразуют
входные
аналоговые
сигналы
в
соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для работы с ЭВМ и
другими цифровыми устройствами.
Параллельные АЦП Данный тип АЦП реализует метод непосредственного
считывания и является на сегодняшний день самым быстродействующим. В
параллельных АЦП входной сигнал одновременно квантуется с помощью набора
компараторов, включенных параллельно эталонному источнику сигнала. Пороговые
уровни компараторов установлены с помощью резистивного делителя в соответствии
с используемой шкалой квантования. При подаче на такой набор компараторов
входного сигнала на выходах последних будет иметь место проквантованный сигнал,
232
представленный
в
параллельном
который
с
коде,
помощью
кодирующей
логики
преобразуется в двоичный.
Рисунок 131
Схема электрическая принципиальная лабораторного стенда для
исследования ЦАП .
Каждое
из
опорных
напряжений
подается
на
неинвертирующие
входы
компараторов, на инверсные входы подается входное напряжение. При подаче U BX
переключатся те компараторы, где UBX> Uоп .при этом
выходные сигналы этих
коипараторов принимают единичное значение. Выходы компараторов подключаются
к шифратору приоритета, который преобразует этот m разрядный параллельный
единичный код в n -разрядный параллельный двоичный код.
Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучить теоретический материал достаточный для выполнения лабораторной
работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавателя допуск к
проведению
лабораторной
работы.
Рисунок 132 Схема соединения лабораторного стенда.
233
2 Собрать схему лабораторного стенда для изучения ЦАП на основе матрицы R2R .
При выполнении лабораторной работы необходимо выход схемы XS 1
соединить с мультиметром «Модуля питания и измерений». Мультиметр включить в
режим измерения постоянного напряжения.
После
проверки
лаборантом -
правильности
соединений
схемы
преподавателем
или
подать напряжение питания 5 В на стенд, включением тумблера
питания. Данные занести в таблицу 43.
3 Собрать схему лабораторного стенда для изучения параллельного АЦП (, схема
соединений
лабораторного
стенда..
При
выполнении
лабораторной
работы
необходимо на вход XS 1 подавать изменяемое напряжение от О до 5 В с «Модуля
питания
и
измерений».
После
проверки
правильности
соединений
схемы
преподавателем или лаборантом - подать напряжение питания 5 В на стенд,
включением тумблера питания.
4. Снять и зафиксировать на черновике таблицу состояний входного напряжения и
выходных сигналов собранной схемы.
Таблица43 Опытные данные
1
2
4
8
+
+
Uвых
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
234
4.1 Подать с помощью соединительных проводов на вход микросхемы различное
входное напряжение с «модуля питания », повышая его от О В до 5 В. Результаты
занести в таблицу 44
Таблица 44. Опытные данные
U вх
«
1
»_________
2
4
20 г. Подпись преподавателя
Задание № 29 Построить схему подключения контроллера с использованием
графического редактора Компас
1 Общие сведения
Рассмотрим схему подключения контроллера на примере устройства
Промышленные ворота
У въезда на территорию фирмы часто устанавливают ворота. Они открываются
только для того, чтобы впустить или выпустить транспортное средство. Ворота
управляются вахтером.
2 Требования к системе управления воротами
• Ворота открываются и закрываются нажатием на кнопку в помещении вахты.
Одновременно вахтер может контролировать работу ворот.
235
• Нормально ворота полностью открыты или закрыты.
Однако перемещение ворот может быть остановлено в любое время.
• Мигающий свет включается за 5 секунд до начала перемещения ворот, и мигание
продолжается, пока ворота находятся в движении.
• Предохранительная планка обеспечивает, что никто не получит травму и ничто не
будет зажато или повреждено при закрытии ворот.
Для управления автоматическими воротами используются различные виды систем
управления.
Следующая коммутационная схема показывает один из возможных вариантов
управления воротами.
3 Подключение системы управления воротами
Используемые компоненты
• K1 Линейный контактор
• K2 Линейный контактор
• S0 (НЗ контакт) Кнопка останова
• S1 (НО контакт) Кнопка открытия
• S2 (НО контакт) Кнопка закрытия
• S3 (НЗ контакт) Конечный выключатель Открыто
• S4 (НЗ контакт) Конечный выключатель Закрыто
• S5 (НЗ контакт) Предохранительная планка
Рисунок133 Электрическая принципиальная схема управления воротами
236
4. Описание работы релейно-контакторной схемы управления
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. Проанализировать функциональную блок-схему решения с использованием
контроллера.
Рисунок 134 функциональная блок-схема
6 Описать работу функциональной блок-схемы решения с использованием
контроллера.
_________________________________________________________________________
7 Проанализировать схему подключения контроллера
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
Рисунок135 Схема подключения контроллера
237
8. Вычертить принципиальную схему подключения контроллера с помощью
программы Компас.
«
»_________
20 г. Подпись преподавателя
Задание №30 Проанализировать принцип работы и характеристики элементов
систем управления П- И- и ПИ- регуляторов.
Программа работы
1 Изучить схему для экспериментального исследования элементов систеа
управления электроприводов, используемую измерительную и регистрирую!
аппаратуру.
2 Снять
статические
и
динамические
характеристики
задатчю
интенсивности (ЗИ).
3 Снять статические и динамические характеристики П-регулятора с блоко»
ограничения.
4. Снять статические и динамические характеристики И- и ПИ-регуляторов.
5 Обработать экспериментальные данные, составить отчет и сделат
заключение по работе.
Пояснения к работе
В лабораторной работе используются следующие модули:
- модуль питания стенда (МПС);
- модуль регуляторов (МР).
Все используемые в работе элементы систем управления электропривода
располагаются на модуле регуляторов. На лицевой стороне этого модуля!
представлены схемы используемых элементов с указанием ручек потенциометров и|
переключателей,
с
помощью
которых
меняются
параметры
используемых]
элементов.
Измерения желательно выполнять с помощью осциллографа (в состав|
238
комплекса не входит).
Лицевая панель модуля регуляторов представлена на рисунке 4.1.
На элементе DA1 реализован задатчик интенсивности (ЗИ). Входное!
напряжение на ЗИ подается с потенциометра RP1. Потенциометр RP2 задает темп|
изменения выходного напряжения ЗИ.
На операционном усилителе DA2 реализуется ПИ-регулятор с блоком!
ограничения выходного напряжения AQ1. На этом же регуляторе при выключенном
с помощью переключателя SA4 конденсаторе С1 исследуется П-регулятор, при]
выключенном с помощью переключателя SA2 резисторе R3 исследуется И-]
регулятор, при одновременно включенных С1 и R3 исследуется ПИ-регулятор.
Регулятор на базе операционного усилителя DA3 используется для;
реализации контура регулирования тока в работах по исследованию систем I
подчиненного регулирования и в данной работе не используется.
Рисунок 136 Лицевая панель модуля регуляторов
Как
таковой
сборки
схемы
в
этой
работе
не
предусматривается.
Осциллографирование входных и выходных напряжений элементов осуществляется
подключением контрольных точек к осциллографу.
239
Включение стенда в работу производится включением автомата QF1
модуля питания стенда.
1 Снятие характеристик задатчика интенсивности
Для снятия статической характеристики ЗИ необходимо установить
потенциометр RP2 в крайнее левое положение (минимальная постоянная
времени ЗИ), а переключатель SA1 в левое или правое положение. Изменяя
уровень входного сигнала с помощью потенциометра RP1 от минимального
до максимального положений фиксировать входное и выходное напряжения
ЗИ. Результаты занести в таблицу 45 и рассчитать коэффициент передачи К3и
задатчика:
Таблица 45 Опытные данные
UBX,B
Uвых» В
Кзи, В/В
Для снятия динамических характеристик ЗИ необходимо подключить
ко входу ЗИ канал А, а к выходу - канал Б осциллографа. Потенциометр RP2
поставить в крайнее левое положение (минимальная постоянная времени), а
потенциометром RP1 задать напряжение на входе ЗИ UBX= 4... 10 В.
При включении переключателя SA1 в левое или правое положение
зафиксировать переходный процесс на выходе ЗИ. Аналогичным
образом выполнить опыт для среднего и крайнего правого положений
потенциометра RP2.
2 Исследование П-регулятора с блоком ограничения
Исследование П-регулятора проводится на операционном усилителе
DA2 при выведенном в максимум блоке ограничения (переключатель SA3 в
положение 5).
Исследование заключается в снятии статической характеристики
регулятора при нескольких значениях коэффициента усиления.
240
Для проведения опыта необходимо:
- убрать интегральный канал регулятора (SA4 в положение 0);
- задать любой коэффициент усиления переключателем SA2;
-задавая
сигнал
на
входе
регулятора
потенциометром
снять
RP1
статическую характеристику регулятора, занося результаты в таблицу 46.
Опыт повторить для трех значений коэффициента усиленияия. По данным
опыта рассчитать коэффициенты усиления для каждого случая.
Таблица 46 Опытные данные.
Таблица
UBX,B
А.\ В
U «вых»
К
У
V
;
Блок ограничения служит для ограничения выходного сигнала
регулятора на установленном уровне.
3. Для исследования блока ограничения необходимо:
- установить максимальный коэффициент усиления регулятора;
- установить максимальный сигнал задания на входе регулятора;
-записав значение напряжения на выходе регулятора, изменить
уставку блока ограничения и зафиксировать показания в таблице 47.
Таблица 47 Опытные данные
Положение
SA3
0
0
1
1
2
2
3
UBMXJ В
,5
,5
,5
4 Исследование И-регулятора и ПИ-регулятора
3
,5
4
4
,5
Исследование проводится на том же регуляторе, реализованном на
операционном усилителе DA2.
Собрать схему И - регулятора путем перевода переключателя SA2 в
положение "0". Переключатель SA3 установить в положение "5". С помощью
переключателя SA4 установить требуемое значение интегрирующей емкости в
цепи
обратной
связи
операционного
усилителя.
241
5
Для исследования влияния емкости на характер переходного процесса
выходного сигнала регулятора подключить на выход рег улятора канал
А осциллографа.
Порядок проведения опыта:
- на потенциометре RP1 установить напряжение в пределах 1,0.. .3,0 В;
- SA1 установить в среднее положение;
- подключить вход И-регулятора к потенциометру RP1;
-при включении SA1 в левое или правое положение зафиксировать
переходный процесс на выходе И-регулятора. Осциллографирование
провести для нескольких выбранных положений переключателя SA4. По
полученным
осциллограммам
экспериментально
определить
постоянные времени интегрирования.
Для получения ПИ-регулятора переключателем SA2 в цепь обратной
связи DA2 последовательно с конденсатором С1 вводится сопротивление
резистора R3. Для двух выбранных положений переключателей SA2 и SA4
снять
переходную
характеристику
ПИ-регулятора
по
методике,
использованной при работе с И-регулятором. Экспериментально определить
постоянную времени интегрирования и коэффициент пропорциональности.
Представляемые в отчете осциллограммы должны быть обработаны
и сделаны выводы об их характере и полученных параметрах.
6 Построить характеристики регуляторов
Контрольные вопросы
- Для чего служит задатчик интенсивности?
- Чем реализуется темп нарастания напряжения задатчика
242
- Как ограничивается уровень выходного напряжения задатчика?
- Что такое регулятор и какие функции он выполняет в замкнутой системе
управления?
- Какие существуют схемы ограничения выходного сигнала операционного
усилителя и принцип их действия?
- Как расчетным путем определить передаточную функцию регулятора?
- Как экспериментально определить параметры П-, И-, ПИ- регуляторов?
- Почему в разомкнутых контурах регулирования не допускается работа
аналогового регулятора в интегрирующем режиме?
«
20 г. Подпись преподавателя
»_________
Задание 31 Исследовать работу частотного преобразователя.
Общие сведения
Преобразовareли
частоты
VFD
компании
Delta
Electronics,
Inc.
содержат 8 моделей:
VFD-A, В, F, S, М, L, V для асинхронных двигателей мощиостью от 40
Вт до 110 кВт. Ежемесячно заводы компании изготавливают порllДЮi 34'000
преобразователей,
что
гapaнrиpует
хорошую
отработку
изделия
и
ПОВТОРlIемость x.apaxrepистик. все заводы сертифицированы по стандар1У
IS09002.
Преобразователи
маркируются
знаком
СЕ
соответствия
Европейским нормам и UL - тестирование независимой лабораторией.
При производстве VFD используются качественные комплектующие
извеcтных производителей:
главный процессор 16-биrnый серии 196 фирмы INТЕL,
силовые ЮВТ и днодные модули фирмы MITSUBISHI. EUPEC,
электролитические конденсаторы фирмы NICHICON.
Преобразователи
частоты
(далее
по
тексту,
пч)
серии
VFD-V
243
предназначены
для
управления
скоростью
вращения
трехфазных
асинхронных электродвигателей с короткoзaмкнyrым ротором мощиостью от
0,75 до 75 кВт в составе такого оборудованиlI как, насосы, вентиляторы,
миксеры, ЭКC'Il'удеры, транспортирующие и подъемные механизмы и
другого.
Модель VFD-V имеет максимум функций и возможностей в линейке
преобразователей частоты, выпускаемых компаиией и отличается:
высокоразвитым алгоритмом векторного управления при работе в
разомкнутой и замкнутой системах, что обеспечивает высокие динамические
характеристики,
которые
позволяют
использовать
преобразователь
в
сервоприводе;
сьемным пультом управления с фyнкциями копирования настроек
одного VFD-V на другой., который может быть вынесен с помощью ка6eлJI,
например, на дверь электрощкафа. этот пульт подключаетеlI к пор1У RS-485
и может быть вынесен на расстояние до 800 м;
•
широкими
возможностями
конфигурации
пч
(имеегся
245
параметров, значения
которых пользователь может изменять с пульта управления или через
последовательный интерфейс RS-485 с компьютера).
Преобразовareли VFD· V имеют защиту от многих аварийных и
нештатных режимов:
от токов недопустимой перегрузки и короткого замыкания по выходу, в
том числе от
замыкания выходной фазы на "землю";
от недопустимых перенапряжений по питанию и на шине ос;
перегрева радиатора;
от недопустимых отклонений и ие штатного исчезновения напряжения
питающей сети;
от недопустимых отклонений технологического параметра;
244
от несанкционированиого доступа к программируемым параметрам
(защита паролем);
Но, несмотря на разнообразные защиты, неправная и неграмотная
эксnлyатaция пч может привести к выходу его из строя, ущербу здоровы
обслуживающего персонала. Нельзя всецело полагаться
на защиты,
реализованные в преобразователе. Нужно учитывать, ЧТО, при работе с
большими выходными токами, при частых пусках двигателя и перегрузках,
происходит нагрев кристаллов силовых транзисторов и диодов. Температура
кристаллов может превысить предельнодопустимую температуру (l 50- 175°)
и тогда, начнется их разрушение и, как следствие, отказ ПЧ. ни одна из защит
прямо не контpoлиpyет температуру кристаллов и не способна защитигь их
от
перегрева.
Правильный
выбор
преобразователя,
дополнительного
оборудования и схемы подключения, грамотная настройка и эксплуатация
вот необходимые составляющие, которые обеспечат безаварийную работу
ПЧ в течение многих лет эксплуатации.
При
срабатывании
защиты
и
блокировке
ПЧ
необходимо
проанализировать причину блокировки и принять соответствующие меры:
разгрузить привод, выбрать ПЧ большей мощиости, изменить циклограмму
работы, увеличить время разгона/замедления, скорректировать настройки,
изменить характеристику U/f, устранить
причину коротких замыканий,
установить дополнительное
оборудование
(дроссели,
радиофильтры,
тормозные
модули
и
резисторы) и т. д. Не nъrraйтecь повторно запускать привод после его
блокировки не разобравшись в причине блокировки и не устранив ее.
Не
понимание
каких-либо
вопросов,
связанных
с
настройкой,
подключением, эксплуатацией ПЧ не будет рассматриваться как оправдание
при отказах ПЧ. Преобразователи VFD являются сложным промышленным
электронным оборудованием, поэтому ввод в эксплуатацию и надзор за
правильной эксплуатацией должен осуществляться только специалистами.
245
Поставщик не несет ответственности за последствия
не грамотной
эксплуатации
ПЧ.
Программа
работы
1 Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты
(Приложение В).
2 Изучить схему для исследования пч.
3 Опробовать управление приводом с кнопочной панели и с лицевой
панели модуля.
4 Исследовать режим компенсации момента двигателя.
Пояснения к работе
В лабораторной работе используются следующие
модули: - модуль питания стенда (МПС);
- силовой модуль (СМ);
- модуль преобразователя частоты (ПЧ);
- модуль тиристорного преобразователя (ТП);
- модуль измерительный (МИ).
Исследуемый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым
ротором входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя
собственно исследуемый двигатель М 1, нагрузочную машину - двигатель
постоянного тока независимого возбуждения- М2, импульсный датчик
скорости.
Перед проведением работы при выключенном автомате QF 1 МПС
привести модули в исходное состояние:
- переключатель "Сеть" модуля ТП перевести в нижнее положение,
тумблер SA3 - в положение «Руч», SA4, SA6 - в нижнее положение, SA5 - в
среднее положение. Перевести ТП в режим регулирования момента
(Приложение Г);
- переключатель SA 1 модуля пч перевести в нижнее положение,
потенциометр RPl - в крайнее положение против часовой стрелки, установить
246
перемычку между клеммами Х 1 и Х2 модуля.
Схема для исследования пч приведена на рисунке 5.1.
Двигатель
постоянного
тока
(ДПТ)
подключается
к
модулю
тиристорного преобразователя (Ш). Якорная обмотка при соединяется к
выходам якорного преобразователя модуля ТП через амперметр постоянного
тока МИ, обмотка возбуждения - к выходам нерегулируемого источника
напряжения =220В модуля ТП.
Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю
частоты
5.1 Управление приводом с кнопочной панели
Преобразователь частоты имеет возможность получать сигналы управления
от кнопочной панели или с внешних элементов управления.
Сигналы управления
разделятся на логические
сигналы изменения
состояния привода, а также
на аналоговые сигналы
задания частоты, момента, и
т.д.
Перед изучением
способов управления
преобразователем
необходимо ознакомиться со
способами
программирования ПЧ
(Приложение В)
Рисунок 137 Базовая схема подключения частотного преобразователя
247
Таблица 48 Назначение терминала силового клеммника
Таблица49 Обозначсение терминалов и их функции
248
249
250
251
«
»_________
20 г. Подпись преподавателя
252
Задание№32 Исследовать рабочие свойства системы
"Преобразователь частоты асинхронный двигатель" (ПЧ-АД) при
использовании обратной связи по скорости
Программа работы
1 Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (
2 Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-АД.
3 Запрограммировать преобразователь частоты на работу с обратной
связью по скорости.
4 Настроить коэффициент пропорционального усиления контура
скорости.
5 Настроить интегральный канал контура скорости.
6 Снять статические характеристики настроенной системы.
Пояснения к работе
В лабораторной работе используются следующие модули: - модуль
питания стенда (МПС);
- модуль питания (МП);
- силовой модуль (СМ);
- модуль преобразователя частоты (ПЧ);
- модуль тиристорного преобразователя (ТП);
Исследуемый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым
ротором входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя
собственно исследуемый двигатель Мl, нагрузочную машину - двигатель
постоянного тока независимого возбуждения- М2, импульсный датчик
скорости М3.
Перед проведением работы при выключенном автомате QFl МПС
привести модули в исходное состояние:
- переключатель "Сеть" модуля ТП перевести в нижнее положение,
тумблер SA6 - в нижнее положение, SA5 - в среднее положение;
- переключатель SAl модуля ПЧ перевести в среднее положение,
253
потенциометр RP1- в крайнее положение против часовой стрелки, установить
перемычку между клеммами XS 1 и XS2 модуля, соединить специальным
кабелем разъемы XRl модуля ПЧ и Хl силового модуля.
- собрать схему для исследования системы ПЧ-АД.
Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на
рисунке 138
Рисунок 138 Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД
Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю
тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к
выходам якорного преобразователя модуля т, Обмотка возбуждения - к
выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля т.
Тиристорный преобразователь должен быть переведен в режим
регулирования момента
Асинхронный электродвигатель подключается к выходу
преобразователя частоты ПЧ.
Собственно преобразователь частоты запитывается напряжением
ЗхЗ80В от модуля питания.
7.1 Переведение преобразователя частоты в режим замкнутой по
скорости системы
В режиме замкнутой по скорости системы преобразователь частоты
держит заданную частоту вращения электродвигателя, изменяя выходную
частоту и напряжение в соответствии с сигналом по скорости, поступающим с
импульсного датчика скорости, установленном на валу двигателя.
254
Для переведения ПЧ в данный режим необходимо:
- сбросить параметры ПЧ на заводские и настроить его на работу в
разомкнутой системе
-установить в параметре al-02 значение 3 - это включает режим
векторного управления с замкнутым контуром;
- в меню автонастройки установить tl-Ol =0 (автонастройка с
вращением);
- в tl-02 установить номинальную мощность двигателя;
- в tl-0З установить номинальное напряжение двигателя;
- в tl-04 установить номинальный ток статора;
- в tl-05 установить номинальную частоту питающего двигатель
напряжения;
- в tl-06 установить число полюсов;
- в tl-07 установить номинальную скорость двигателя;
- в tl-08 установить число импульсов на оборот импульсного датчика
(500 имп/об).
После установки последнего значения нажать клавишу.
Преобразователь выдаст сообщение о готовности проведения
автонастройки. Необходимо подтвердить намерение совершить
автонастройку нажатием «RUN». После окончания процедуры выдается
сообщение о ее завершении. В случае положительной обратной связи по
скорости преобразователь выдает сообщение об ошибке "PG DIRECTION". В
этом случае следует сбросить ошибку, изменить значение параметра f1-05 на
1, если он установлен на 0, или наоборот.
Далее повторить процедуру автонастройки.
7.2 Настройка пропорционального коэффициента усиления регулятора
скорости
Для настойки КОН1ура скорости необходимо оценивать параметры
переходного процесса скорости при подаче скачка сигнала задания.
Для этого необходимо установить нулевое время разгона/торможения:
255
С 1101=0, СI-02=0.
Установить торможение на выбеге (параметр Ы-03=1).
Настройку П-канала необходимо начинать с минимального
коэффициента усиления. для этого установить в параметре С5-01 значение "1
", в параметре С5-02 значение "О".
Настройка П-канала осуществляется следующим образом:
- установить коэффициент усиления (С5-0 1) на значение 1;
- выйдя в меню Drive, задать направление вращения и установить
скорость вращения на уровне 300 об/мин;
- остановить двигатель переведением тумблера SAl в среднее
положение;
- произвести наброс сигнала задания (SA1), наблюдая переходный
процесс скорости на экране осциллографа (в комплект поставки не входит);
- оценить качество переходного процесса, руководствуясь максимально
возможным быстродействием и минимум колебательности.
- изменяя коэффициент усиления регулятора, подобрать оптимальный
переходный процесс.
7.3 Настройка интегрального коэффициента усиления регулятора
скорости
Интегральный канал регулятора скорости отвечает за отработку
статической ошибки по скорости.
Настройка И-канала осуществляется аналогично П-каналу после
настройки пропорционального коэффициента усиления регулятора.
При настройке руководствуются желаемой формой переходного
процесса с минимальным перерегулированием И максимальным
быстродействием.
Параметр, содержащий постоянную времени интегрирования
регулятора скорости - С5-02.
Настройку рекомендуется начинать с максимальных величин.
7.4 Снятие статических характеристик системы
256
Статические характеристики электропривода представляют собой
зависимости частоты вращения, тока статора, КПД, cosφ от момента на валу
двигателя: ω, І1, η, cosφ>=f{Mв)
Опыт проводится в следующей последовательности:
- включить кнопку "Сеть" модуля ТП;
- выбрав направление вращения асинхронного электродвигателя
переключателем SAl модуля ПЧ, задать потенциометром RPl выходную
частоту преобразователя 50Гц;
- подать разрешение на работу модуля ТП (тумблер SA6);
- зафиксировав необходимые величины согласно таблице 7.1, задать
момент нагрузки. Таким образом снять несколько точек в двигательном и
генераторном режимах;
- после проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP2
модуля ТП), убрать разрешение на работу т, остановить асинхронный
электродвигатель.
Таблица 50 Таблица данных
Данные опыта
UС,
IС, А
В
n,
об/мин
IЯ, А
Данные расчета
UЯ,
В
S,
В·А
ω,
1/с
ΔРэл, ΔРяц, Ря, Рв, Рс,
η
Вт
Вт Вт Вт Вт
cosφ
Повторить опыт для двух других значений частоты на выходе
преобразователя.
Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА
S=3·Uсф·Іс,
(70)
где Uсф - фазное напряжение на выходе ПЧ, В.
Частота вращения электродвигателя, l/с
ω=(π·n)/30
(71)
Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт
ΔРэл = 3· I2с.rс ,
(72)
где rс - активное сопротивление фазы статора (Приложение В), Ом.
Электрические потери в цепи якоря ДПТ, ВТ
257
ΔРяц= I2я.rя,
(73)
где rя - активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, ОМ. Выходная
мощность ТП, Вт
Ря =Uя·Iя.
(74)
Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт
РВ = Ря +ΔРяц +ΔРмехДПТ,
(75)
где ΔРмехДПТ - механические потери ДПТ (Приложение В), Ом. Активная
выходная мощность на выходе ПЧ, Вт
Рс= Рв + ΔРмехАД + ΔРэл,
(76)
Где ΔРмехАД - механические потери AДIКЗ (Приложение В), Ом.
Коэффициент полезного действия электродвигателя
η= Рв/Рс
(77)
Cosφ асинхронного двигателя:
cos φ = Рс/S
(78)
Момент на валу асинхронного двигателя, Н·м:
Мв = Рв /ω
(79)
- Объясните принцип работы импульсного датчика частоты вращения.
- Что такое система подчиненного регулирования?
- Почему на практике обычно не используют ПИД-регулятор скорости?
- Какие показатели переходного процесса необходимо обеспечить при
настойке контура скорости?
Задание №33 Разработать мехатронный модуль для системы
вентиляции
1. Требования к системе вентиляции
Назначение вентиляционной системы состоит в том, чтобы подавать
свежий воздух в помещение и вытягивать застоявшийся воздух из помещения.
Рассмотрим следующий пример:
258
Рисунок 139 Функциональная схема вентиляционной установки
• В помещении имеется вытяжной вентилятор и приточный вентилятор
свежего воздуха.
• Оба вентилятора контролируются датчиком потока.
• Давление в помещении не должно подниматься выше атмосферного.
• Приточный вентилятор должен включаться только при условии, что
датчик потока сигнализирует о надежной работе вытяжного вентилятора.
• Если один из вентиляторов выходит из строя, то загорается
предупреждающая лампа.
Коммутационная схема для предыдущего решения имеет следующий
вид:
Вентиляторы контролируются датчиками потока. Если после короткой
задержки воздушный поток не регистрируется, то система выключается и
выдается сообщение о неисправности. Подтвердите его нажатием кнопки
выключения. Контроль вентиляторов требует кроме датчиков потока наличия
анализирующей схемы с несколькими переключающими устройствами.
Анализирующая схема может быть заменена одним модулем
1 Разработать релейно-контакторную схему управления вентиляционной
установкой.
259
2 Описать работу релейно-контакторную схему управления вентиляционной
установкой
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3 Составить схему подключения вентиляционной установки с контроллером.
5 Вывод
«
»_________
20 г. Подпись преподавателя
Задание №34 Разработать мехатронную систему управления станком полуавтоматом
1 Требования к станку- полуавтомату
- Обеспечить двух ступенчатую защиту станка - полуавтомата
от токов короткого замыкания, токов перегрузки и защиту от пониженного
напряжения.
- Привод главного движения осуществляется асинхронным двигателем с
короткозамкнутым ротором М1.
-
Закрепление
деталей
с
помощью
автоматического
зажимного
устройства с приводом от асинхронного двигателя М2.
- Обеспечить реверсивное управление двигателем М1 с ограничением
движения с помощью путевых выключателей и с остановкой на 5 секунд в
конечных положениях, причем обеспечить
движение рабочего органа
с
помощью частотного преобразователя на быстром ходу со скоростью V1, а на
260
рабочем ходу со скоростью V2
2 Описать схему подключения частотного преобразователя
Построение принципиальной схемы с ЧП
Ручной режим
КМ2
КМ3
KL4
Автоматический
режим
KL1
KL4 KL2
KL2
KL1
KM3
Быстрый
подвод
Рабочая
подача
Рисунок 140 Схема подключения частотного преобразователя
3. Составить релейно контакторную схему станка- полуавтомата
4. Составить схему подключения станка –полуавтомата с контроллером
«
»_________
20 г. Подпись преподавателя
261
Задание №35 Проанализировать принцип действия индикаторных устройств
Таблица 51 Индикаторные устройства
Рисунок
«
»_________
Особенности
применения
недостатки
достоинство
20 г. Подпись преподавателя
262
Литература
Основные источники:
1. Келим Ю.М, Типовые элементы систем автоматического управления,
Москва, Форум – информ, 2002, 378с
2. Москаленко В.В., Электрический привод, Москва, «Высшая школа»,
2003,430с
Справочники:
1.
Алиев
А.А.,
Электрические
аппараты,
Москва,
издательское
предприятие Радио Софт, 2004,256с.
2. Москаленко В.В., Справочник электромонтера, Москва, ACADEMA,
2003, 288с.
Дополнительные источники:
1. Готлиб Б.М., Проектирование мехатронных систем, курс лекций для
специальности 220401- Мехатроника, Екатеринбург , 2007,116с.
2.Егоров О. Д., Подураев Ю. 2. Мехатронные модули. Расчет и
конструирование: Учеб. пособие. - М: МГТУ «СТАНКИН», 2004. -360с
3. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб.
для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э.
Баумана 2002. – 336с
4. В. Фролов, С. А. Попов, А. К. Мусатов и др.; Под ред. К В. Фролова,
Теория механизмов и механика машин: Учеб. для втузов / К- 4-е
изд.. испр. - М.: Высш. школа. 2003 - 496 с
263