Laboratorium elektryczne Falowniki i przekształtniki - I (E – 14)

POLITECHNIKA L SKA
WYDZIAŁIN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
Laboratorium elektryczne
Falowniki i przekształtniki - I
(E – 14)
Opracował: mgr in . Janusz M DRYCH
Zatwierdził: W.O.
1. Cel wiczenia.
Celem wiczenia jest poznanie zasad doboru przekształtnika cz stotliwo ci do
prostego układu nap dowego wymagaj cego sterowania pr dko ci obrotow
oraz parametryzacji (programowania) układu steruj cego przekształtnika.
2. Wprowadzenie.
Je eli nap d elektryczny zawiera energoelektroniczny układ transformuj cy
energi
pr du elektrycznego zasilaj cego silnik elektryczny, układ ten
nazywamy przekształtnikiem. Poni ej omówiono przekształtnik przetwarzaj cy
pr d zmienny o stałej cz stotliwo ci i napi ciu na trójfazowy pr d zmienny o
regulowanej cz stotliwo ci i napi ciu. Na rysunku 1 przedstawiono schemat
przekształtnika AC/AC z po rednicz cym obwodem napi ciowym. Prostownik
trójfazowy wytwarza napi cie stałe na kondensatorze, układ sze ciu
3×400VAC
M
Rys. 1. Schemat ideowy obwodu mocy przekształtnika
tranzystorów IGBT stanowi sze
kluczy (ł czników), umo liwiaj cych
poł czenie wyj ciowego zacisku z dodatnim lub ujemnym biegunem
kondensatora obwodu po rednicz cego. Napi cie wyj ciowe nieobci onego
przekształtnika jest przebiegiem prostok tnym o zmiennym wypełnieniu.
Cz stotliwo
kluczowania napi cia jest rz du kiloherców (2..16kHz);
u redniona warto
przebiegu napi ciowego odtwarza przebieg sinusoidalny.
Poprzez zmian cz stotliwo ci przebiegu moduluj cego uzyskuje si zmian
cz stotliwo ci a przez zmian
wypełnienia warto ci napi cia i pr du
wyj ciowego. Zasilanie silnika napi ciem prostok tnym o du ych szybko ciach
narastania stawia wy sze wymagania wytrzymało ci izolacji uzwoje silnika.
Rys. 2. Przebiegi czasowe pr dów wyj ciowych przekształtnika
Na rys. 2 przedstawiono przykładowy przebieg czasowy pr dów zasilaj cych
silnik podczas wzrostu cz stotliwo ci napi cia wyj ciowego. Je eli podczas
pracy nap du nast puje zwrot energii (silnik przechodzi do pracy pr dnicowej)
przepływ energii z silnika do przekształtnika powoduje wzrost ładunku
kondensatora
obwodu
po rednicz cego a zatem i jego
napi cia.
Nadmierny
wzrost
napi cia mo e doprowadzi do
uszkodzenia
obwodów
przekształtnika, przy okre lonej
Rys.3. Schemat blokowy przekształtnika z
obwodem hamowania
warto ci napi cia blokowany
jest proces zał czania kluczy.
W przypadkach kiedy konieczne jest hamowanie silnikiem nale y powstaj c
energi wytraci lub zwróci do sieci. Rozpraszanie energii odbywa si na
zewn trznym rezystorze (rys. 3) wł czonym w układ po rednicz cy za pomoc
analogicznego tranzystora kluczuj cego jak w układzie wyj ciowym. Zwrot
energii do sieci zasilaj cej mo e by realizowany za pomoc dodatkowego
falownika
tyrystorowego
i
autotransformatora
(rys. 4)
lub
układu
prostownika/falownika sterowanego, zbudowanego z tranzystorów IGBT.
Sterowanie tranzystorów kluczuj cych dokonywane jest przez układ mikroprocesorowy zawarty w przekształtniku. Realizowany jest w nim algorytm
sterowania i regulacji parametrów zasilania silnika nap du odpowiednio do
zadanych
warto ci
pr dko ci
obrotowej
momentu itp.. Układ
ten
zapewnia
tak e
zabezpieczenia obwodów mocy przekształtRys. 4. Schemat blokowy przekształtnika ze zwrotem energii
nika
przed
przeci -
eniem lub zwarciem
na wyj ciu a tak e silnika przed przeci eniem. Po podł czeniu silnika nap du
do
przekształtnika
Parametryzacja
jest
nale y
dokona
programowaniem
parametryzacji
sterownika
przekształtnika.
mikroprocesorowego
przekształtnika – nale y w niej przede wszystkim ustawi parametry silnika
(z tabliczki znamionowej silnika); wiele przekształtników mo e dokona , po
wpisaniu tych warto ci, pomiarów parametrów elektrycznych podł czonego
silnika i na ich podstawie wyliczy dodatkowe parametry elementów układu
sterowania. Nast pnie nale y okre li granice pracy nap du np.: maksymaln
cz stotliwo
zasilania, maksymalny pr d zasilania; tryb pracy nap du
(regulacja pr dko ci obrotowej, momentu...) sposób zał czania po zaniku
napi cia zasilaj cego itp. itp.. Inna grupa parametrów pozwala wybra tryb
sterowania przekształtnikiem. Dost pne s
tryby sterowania bezpo rednio z
panelu przez operatora, jak i z nadrz dnego układu sterowania.
Ilo
zmiennych parametrów przekształtnika dost pnych do ustawiania z
panelu steruj cego, lub programatora (w zale no ci od modelu) zawiera si od
kilkunastu do ok. tysi ca. Dla prostych aplikacji wymagane jest ustawienie od
kilku do kilkunastu parametrów.
2.1 Instalacja, zabezpieczenia
Silnik oraz kable ł cz ce go z przekształtnikiem s
zabezpieczone przez
przekształtnik, zapewnia on zabezpieczenie przed zwarciem doziemnym i
mi dzyfazowym. Przekształtnik w zale no ci od typu i wielko ci mo e zawiera
własne zabezpieczenia i wymaga jedynie standardowego zabezpieczenia kabli
ł cz cych z zasilaniem; lub konieczne jest zabezpieczenie elementów
prostownika (diod) za pomoc bezpieczników szybkich.
Oddzielnym
przypadkiem
jest
zasilanie
przez
jeden
przekształtnik
równocze nie wielu silników (np. nap dy samotoków), wtedy konieczne jest
indywidualne zabezpieczenie ka dego silnika. Je li maj
by
stosowane
wył czniki nadmiarowo-pr dowe musz one by dostosowane do zasilania z
przekształtnika.
2.2. Programowanie przekształtnika
Stanowisko laboratoryjne składa si z przekształtnika Micromaster 440 firmy
Siemens o mocy 2.2kW zasilaj cego silnik asynchroniczny o mocy 2.2kW
nap dzaj cy wentylator promieniowy wbudowany w tunel pomiarowy.
Parametryzacj
przekształtnika mo na przeprowadzi
przy u yciu panelu
operatorskiego, lub za pomoc programu konfiguracyjnego uruchamianego na
PC. Materiały dodatkowe – instrukcja obsługi przekształtnika, lista parametrów,
materiały pomocnicze dla projektantów i u ytkowników, przykłady aplikacji s
dost pne na stronach:
http://www2.automation.siemens.com/meta/support/html_76/support.htm
http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo2&content=skm%2
Fsearch.asp&lang=en&siteid=csius&Query=micromaster
Schemat elektryczny stanowiska przedstawiono na rys. 5.
L1 L2 L3PE
M
3. Przebieg wiczenia
Programowanie przekształtnika odbywa si za pomoc
programu Drivemonitor.
W grupie parametrów szybkiej parametryzacji nale y wpisa
dane odczytane z tabliczki silnika, nast pnie zako czy szybk
parametryzacj .
W grupie parametrów sterowanie wybra sterowanie za
pomoc panelu operatorskiego, podł czy panel, sprawdzi
mo liwo sterowania przekształtnikiem.
W grupie parametrów warto zadana ustawi zadawanie
cz stotliwo ci z panelu operatorskiego, sprawdzi mo liwo
zmiany pr dko ci obrotowej.
Zmieni ródło sterowania oraz warto ci zadanej na program
parametryzuj cy (USS
BOP-link), sprawdzi mo liwo
sterowania z poziomu programu Drivemonitor.
Rys. 5. Schemat zasilania
układu nap dowego
3.1. Test funkcjonalno ci układu i opracowanie wyników.
Dla sparametryzowanego przekształtnika dokona odczytów (parametry
dost pne poprzez Drivemonitor) pr du wyj ciowego, napi cia zasilania silnika,
napi cia stałego przed falownikiem. Narysowa zale no ci odczytanych
parametrów w funkcji cz stotliwo ci pracy układu.