Преобразователь Частоты на Микроконтроллере

ПЧИТ
Назначение
ПЧИТ предназначены для плавного пуска, торможения и регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, управляющих механизмами в различных отраслях промышленности.
Принцип функционирования ПЧИТ
Силовая схема преобразователя частоты (рис.1) включает в себя следующие устройства.
  • управляемый трехфазный мостовой выпрямитель В. Выпрямитель В подключается к сети 50 Гц через токоограничивающий реактор или согласующий трансформатор. На стороне переменного тока управляемого выпрямителя установлены датчики тока ДТ1;
  • трехфазный мостовой автономный инвертор тока АИ с отсекающими диодами. Отсекающие диоды и коммутирующие конденсаторы предназначены для принудительного выключения тиристоров инвертора. На выходе АИ установлены датчики напряжения ДН и тока ДТ2;
  • сглаживающий дроссель Др в звене постоянного тока между В и АИ.
    Принцип функционирования: переменный ток частоты 50 Гц выпрямляется с помощью управляемого выпрямителя, а затем преобразуется в переменный ток регулируемой частоты с помощью автономного инвертора тока. Частота переменного тока определяется частотой подачи управляющих импульсов на тиристоры инвертора, а амплитуда переменного тока регулируется изменением угла управления импульсов выпрямителя. И частота управляющих импульсов АИ, и угол управления импульсов В устанавливаются автоматически системой управления и регулирования, содержащей следующие функциональные узлы.
  • Регулятор скорости РС. На входе РС сравниваются сигналы задания частоты вращения и сигнал фактической частоты вращения. На выходе регулятора скорости получаем сигнал задания амплитуды тока и задания угла сдвига между вектором тока и потока двигателя.
  • Преобразователь (устройство) П1 измерения векторов тока и потока двигателя . По мгновенным значениям фазных токов и напряжений измеряются амплитуда и пространственный угол векторов тока I и напряжения U, а по U и I находим .
  • Преобразователь (устройство) П2 измерения амплитуды Ф и частоты вращения вектора потока .
    Момент, развиваемый двигателем, определяется амплитудами, Ф и углом сдвига между векторами I и . Назначение регулятора скорости изменять момент двигателя таким образом, чтобы фактическая скорость была равна заданной / . Именно поэтому на выходе РС получаем два сигнала: задание / и угол /. Изменением соотношений между / и можно получить различные законы управления асинхронным двигателем, например, режим ослабления потока двигателя, режим управления двигателем по закону М.П. Костенко и др.
    Система автоматического регулирования величины тока двигателя (он же выходной ток инвертора, он же входной ток выпрямителя), включающая в себя:
  • регулятор тока РТ, на входе которого сравниваются сигналы задания / и фактического тока;
  • система управления выпрямителем СУВ, формирующая управляющие импульсы тиристоров выпрямителя, угол управления которых определяется выходным сигналом РТ;
  • управляемый выпрямитель в качестве силового регулятора.
    Система управления инвертором СУИ формирует управляющие импульсы тиристоров инвертора. Выходная частота переменного тока (или частота вращения вектора ) определяется частотой подачи управляющих импульсов на тиристоры инвертора. Последняя формируется в СУИ таким образом, чтобы фактический угол сдвига между векторами и был равен заданному .
    Система управления ПЧИТ реализована в виде программы, установленной в микроконтроллере в составе преобразователя.

ДОСТОИНСТВА ПЧИТ
1. Данный тип преобразователя частоты обеспечивает частотное управление скоростью двигателя, активное торможение двигателя с рекуперацией энергии в питающую сеть, и все это при неизменном составе силового оборудования (рис. 1). В ПЧИТ используются обыкновенные (не специальные) тиристоры и диоды.
2. Элементная простота силовой схемы, отсутствие специальных требований к силовым полупроводниковым приборам обеспечивает данному типу преобразователя частоты повышенную надежность и простоту в эксплуатации.
3. Для надежной работы двигателей не требуется установка силовых фильтров.
4. Высокие вычислительные возможности микропроцессорной системы и оригинальные алгоритмы управления обеспечивают электроприводам на основе ПЧИТ следующие качественные регулировочные характеристики:
а) рабочий диапазон (длительная работа) регулирования по скорости 20:1 в отсутствие специальных тахометрических устройств на валу двигателя и 50:1 при наличии универсальных тахометрических устройств; диапазон частот на выходе ПЧИТ 0…50 Гц.
б) ШИМ - управление током двигателя в области выходных частот инвертора 5 Гц и ниже; данный способ управления существенно снижает пульсации скорости двигателя в области низких частот;
в) переключаемые в функции частоты вращения оптимальные законы управления двигателем:
- режим постоянства потока ротора двигателя; такой режим обеспечивает высокие динамические характеристики привода;
- режим постоянства абсолютного скольжения двигателя независимо от величины момента двигателя; такой режим обеспечивает минимизацию потерь в двигателе;
- двухзонное регулирование скорости: режимы U/f = const и U=const с возможностью увеличения частоты вращения двигателя до значения 1, 4 nн, если двигатель допускает такое увеличение скорости;
- при кратковременном исчезновении и восстановлении напряжения сети автоматический подхват двигателя "на лету".
5. Микропроцессорная система управления обеспечивает также:
- автоматическую настройку параметров регуляторов с учетом реальных параметров двигателя и привода;
- самодиагностику системы управления;
- запоминание причин аварийного отключения и индикацию данной причины;
- хранение информации о предаварийном и поставарийном состоянии преобразователя с возможностью вывода данной информации на дисплей компьютера;
- архивирование задаваемых режимов и событий в процессе эксплуатации;
- управляющую и информационную связь с устройствами управления более высокого уровня по стандартному последовательному интерфейсу (RS 232, RS 485).
6. Использование серийных асинхронных двигателей в электроприводах с преобразователями частоты ПЧИТ

Состав серии ПЧИТ.
Мощностный ряд ПЧИТ, номинальное напряжение соответствующего преобразователя частоты приведены в Таблице 1.
Таблица 1 № п/п Тип преобразователя частоты (комплекса) Мощ-ность (кВт) Номинальное напряжение вход-выход комплекса (В) Номинальное напряжение вход-выход преобр-ля (В) Примечание 1. ПЧИТ-К-160/0, 38 160 380 380 Безтрансфор- маторное исполнение (рис. 2 а) 2. ПЧИТ-К-200/0, 38 200 380 380 3. ПЧИТ-К-250/0, 38 250 380 380 4. ПЧИТ-К-400/0, 38 400 380 380 5. ПЧИТ-К-400/0, 66 400 6000 (10000) 660 Трансформа- торное исполнение (рис. 2 в) 6. ПЧИТ-К-630/0, 66 630 6000 (10000) 660 7. ПЧИТ-К-800/0, 66 800 6000 (10000) 660 8. ПЧИТ-К-1000/1, 14 1000 6000 (10000) 1140 9. ПЧИТ-К-1600/1, 14 1600 6000 (10000) 1140 10. ПЧИТ-К-1600/1, 14 1600 6000 (10000) 1140 11. ПЧИТ-К-2000/1, 14 2000 6000 (10000) 1140
Если напряжение питающей сети и номинальное напряжение двигателя соответствуют напряжению преобразователя частоты, схема частотнорегулируемого электропривода соответствует показанной на рис. 2 а. Если напряжение питающей сети отличается от напряжения преобразователя частоты, на входе преобразователя частоты устанавливается согласующий трансформатор (рис. 2 б.) Если номинальное напряжение двигателя отличается от напряжения преобразователя частоты, на выходе преобразователя частоты устанавливается согласующий трансформатор (рис. 2 в)
Рисунок 2. Возможные схемы частотнорегулируемого электропривода с преобразователями ПЧИТ.
Обозначения:
Р - токоограничивающий реактор;
П2 - преобразователь частоты ПЧИТ;
Д - сглаживающий дроссель;
Т1 - входной согласующий трансформатор;
Т2 - выходной согласующий трансформатор;
АД - асинхронный приводной двигатель исполнительного механизма.

Похожие страницы: