книги / Системы управления электроприводом

7. Ограничение координат объекта управления на допустимых уровнях осуществляют ограничением задающих воздействий соответствующих контуров регулирования.

В многоконтурных электромеханических системах подчиненного регулирования координат наиболее распространены настройки отдельных контуров на технический (модульный), симметричный и апериодические оптимумы [8].

Помимо регуляторов класса «вход – выход» в СУЭП применяют регуляторы полного или редуцированного состояния, в частности модальные, апериодические, финитные [3, 9].

11

2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Лабораторная работа № 1 Релейно-контакторная панель управления ПУ-5522 асинхронным короткозамкнутым электродвигателем

Цель работы – ознакомление студентов с принципами построения простейших реверсивных релейно-контакторных электрических исполнительных механизмов постоянной скорости

иуправления ими, а также формирование у студентов умений

инавыков эксплуатации таких СУЭП.

Краткие теоретические сведения и описание работы

Для управления простейшими производственными установками применяют универсальные релейно-контакторные системы управления, осуществляющие управление режимами пуска, торможения и реверса, а также реализующие необходимые функции блокировок и защиты асинхронного двигателя. На рис. 2.1 приведена принципиальная электрическая схема промышленной панели управления ПУ-5522, осуществляющей пуск привода в выбранном ключом SA направлении, динамическое торможение АД с наложением механического тормоза при установке ключа SA в нейтральное положение (остановка АД), торможение АД противовключением с последующим разгоном в обратном направлении при переводе ключа SA из одного крайнего положения в другое (противоположное) крайнее положение.

На рис. 2.2 приведены механические характеристики АД, соответствующие реализуемым пускотормозным режимам (здесь – угловая скорость электропривода; M – вращающий момент на валу привода; Mк – критический момент). Момент статической нагрузки Mс на валу АД принят реактивным и близким к вентиляторному.

12

Рис. 2.1. Принципиальная электрическая схема панели ПУ-5522 управления короткозамкнутым АД

Рис. 2.2. Механические характеристики короткозамкнутого АД в пускотормозных режимах

Пуск АД производится из неподвижного состояния (начала координат) по характеристике 1 (см. направления стрелок) до точки А установившегося состояния. Торможение АД осуществляется в режиме динамического торможения из установившегося состояния (точка А) по характеристике 2 до неподвижного со-

13

стояния (начало координат). Реверс АД происходит в режиме противовключения из установившегося состояния (точка А) по характеристике 3 с разгоном в обратном направлении до нового установившегося состояния (точка A ).

В нейтральном положении 0 ключа SA при поданном питании на силовую схему и схему управления срабатывает реле KТ1 и KSV, катушки реле KB и всех контакторов обесточены.

Конечные выключатели SQ1, SQ2 ограничивают ход исполнительного механизма в крайних положениях.

При повороте ключа SA в любое из положений 1 или 2 срабатывает один из контакторов KM2 или KM3, затем контактор KM1. Запитываются катушки реле KТ2 и контактора электромагнитного тормоза KM5. АД разгоняется до номинальной скорости.

При переводе ключа SA в нейтральное положение контакторы KM1, KM2 и KM3 переходят в обесточенное состояние и запитывается катушка контактора динамического торможения KM4. При этом срабатывает реле блокировкидинамического торможения KB.

Блокировочное реле KB обеспечивает прерывание динамического торможения и повторное подключение АД к сети, если ключом SA выбрано одно из крайних положений 1 или 2. Это реле должно надежно втягиваться, запитываясь через последовательно включенную катушку контактора KM2 или KM3. Выдержка времени этого реле при отпадании должна быть на 20–30 % больше времени включения контактора KM2 или KM3 (0,2–0,3 с).

Сопротивление резистора динамического торможения R выбирается из условия ограничения тока динамического торможения на уровнетрех-четырехкратного значения номинального тока.

При переводе ключа SA из одного крайнего положения в другое происходит торможение АД в режиме противовключения и его разгон в обратном направлении.

Защиту АД от перегрузки выполняют максимально-токовые реле KА1 и KА2. В цепи питания катушек контакторов KM2, KM3 и KM4 включены блок-контакты, исключающие возможность одновременного включения любых двух из них.

14

Порядок выполнения работы

иметодические указания

1.Изучить принципы работы СУЭП с применением контактных реверсоров [3], а также изучить устройство и функционирование РКСУ набазе панелиуправленияПУ-5522 (см. рис. 2.1).

2.Установить ключ SA управления СУЭП в нейтральное положение 0. Подключить осциллограф к клеммам тахогенератора электропривода.

Включить последовательно автоматические выключатели SF, Q, QS и автоматический выключатель общего силового питания. Убедиться в срабатывании реле KТ1 и KSV.

3.Выполнить пуск СУЭП до номинальной скорости «вперед» переводом ключа SA управления СУЭП в положение 1. Убедиться, что двигатель разогнался до номинальной скорости. За-

писать последовательность срабатывания реле и контакторов и убедиться, что она соответствует описанию работы схемы для этого режима. При необходимости повторить опыт. Снять осциллограмму опыта «Пуск».

4.Выполнить реверс СУЭП до номинальной скорости «назад» переводом ключа SA управления СУЭП в положение 2. Убедиться, что двигатель разогнался до номинальной скорости в обратном направлении. Записать последовательность срабатывания реле и контакторов и убедиться, что она соответствует описанию работы схемы для этого режима. При необходимости повторить опыт. Снять осциллограмму опыта «Реверс».

5.Выполнить остановку СУЭП в режиме динамического торможения переводом ключа SA управления СУЭП в положение 0. Убедиться, что двигатель остановился. Записать последовательность срабатывания реле и контакторов и убедиться, что она соответствует описанию работы схемы для этого режима. При необходимости повторить опыт. Снять осциллограмму опыта «Динамическое торможение».

6.Выполнить п. 3, а затем п. 5, но в процессе остановки снова перевести ключ в положение 1. Обратить внимание на сраба-

15

тывание реле блокировки динамического торможения KB и срабатывание контактора динамического торможения KM4. При необходимости повторить опыт. Снять осциллограмму опыта «Блокировка динамического торможения».

7.Установить ключ SA управления СУЭП в нейтральное положение 0. Отключить автоматический выключатель QS цепи динамического торможения. Выполнить п. 3, а затем п. 5. Убедиться, что привод в режиме свободного выбега останавливается за время, примерно на порядок превышающее время остановки в режиме динамического торможения. При необходимости повторить опыт. Снять осциллограмму опыта «Остановкав режиме свободного выбега».

8.Сохранить осциллограммы и оформить отчет о лабораторной работе.

Содержание отчета:

1.Титульный лист, отвечающий требованиям к оформлению лабораторных работ, представленным на сайте кафедры МСА.

2.Принципиальная электрическая схема РКСУ ПУ-5522.

3.Механические характеристики и осциллограммы режимов «Пуск», «Реверс», «Динамическое торможение», «Остановка в режиме свободного выбега».

4.Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1.Порядок включения и выключения лабораторного стенда, применяемые защиты и блокировки РКСУ.

2.Порядок срабатывания реле и контакторов в режиме «Пуск». Осциллограмма и механическая характеристика для этого режима РКСУ.

3.Порядок срабатывания реле и контакторов в режиме «Реверс». Осциллограмма и механическая характеристика для этого режима РКСУ.

4.Порядок срабатывания реле и контакторов в режиме «Динамическое торможение». Осциллограмма и механическая характеристика для этого режима РКСУ.

16

5. Порядок срабатывания реле и контакторов в режиме «Остановка в режиме свободного выбега». Осциллограмма и механическая характеристика для этого режима РКСУ.

Лабораторная работа № 2 Исследование аппаратурной реализации СУЭП

на основе стендов МИК-1 фирмы National Instruments

Цель работы – ознакомление студентов с рабочей станцией NI ELVIS II и специально разработанной платой для изучения работы микроприводов, приобретение студентами практических навыков по ручной настройке аналоговых регуляторов электроприводов постоянного тока.

Краткие теоретические сведения и описание работы

Лабораторные работы № 2 и № 3 связаны с изучением работы микроприводов постоянного тока и проводятся на стендах МИК-1. Для работы со стендами разработан лабораторный практикум по микроприводам постоянного тока с использованием технологии виртуальных приборов в графической среде программирования NI LabVIEW на аппаратной основе рабочей станции NI ELVIS II и специально разработанной платы МИКРОПРИВОД для изучения работы микроприводов [13].

В практикуме представлено несколько лабораторных работ, разделенных на два раздела: СУЭП с программным выполнением

иСУЭП с аппаратным выполнением. Работа № 2 выбирается преподавателем из второго раздела, а работа № 3 – из первого. При программном режиме все действия по выполнению лабораторных работ

инастройки цифровых регуляторов осуществляются в программном обеспечении. При аппаратном исполнении регуляторы выполнены на аналоговых микросхемах, и студент должен производить необходимые действия по коммутации сигналов и настройке схемы вруч-

17

ную при помощи имеющихся на плате коннекторов, переключателей и верньерных механизмов. В обоих вариантах на мониторе отображается вся необходимая информация, приводятся пошаговые инструкциипо проведению лабораторныхработ.

Данный практикум дает студенту возможность проводить лабораторные работы самостоятельно. Схемы подключения

иуправления электроприводом представлены на лицевой панели каждой лабораторной работы, а также в методическом обеспечении практикума. Реализована возможность сохранения результатов опыта в формате MS Excel.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации стенда включены в программное обеспечение системы электропривода,

истуденты имеют возможность оперативно справляться об устройстве и функциях стенда, методике расчета регуляторов, не отрываясь от выполнения лабораторной работы. Программа обладает простым и доступным интерфейсом пользователя с инструкциями, пошагово описывающими действия, которые необходимо выполнить, а такжерезультаты, которые должныбыть получены.

Быстродействие программной части зависит от персонального компьютера и операционной системы, на которых установлено приложение, в то время как аппаратное исполнение не зависит от быстродействия компьютера. Заметим, что применение расчетных методов вполне допустимо во втором варианте, как и ручной подбор настроек в первом.

Теоретический материал в сопроводительном пособии [13] представлен в предельно сжатой форме: приведены лишь основные формулы для расчета регуляторов и описание методик. Предполагается, что студент должен обладать достаточной предварительной подготовкой для работы с представленным материалом.

Лабораторный стенд обеспечивает возможность проведения следующих лабораторных работ (конкретное задание дает преподаватель):

1.Исследование динамических характеристик одноконтурной САУ скоростью ДПТ;

18

2.Исследование динамических характеристик двухконтурной САУ скоростью ДПТ;

3.Исследование динамических характеристик одноконтурной САУ угловым положением ротора ДПТ;

4.Исследование динамических характеристик двухконтурной САУ угловым положением ротора ДПТ.

Однако лабораторный стенд и программное обеспечение

кнему позволяют проводить значительно больше лабораторных занятий.

На лицевой панели каждой работы приведены соответствующие электрические схемы. В специально отведенном поле на каждой лицевой панели приведены подробные пошаговые инструкции по проведению лабораторной работы. Полученные в результате работы данные отображаются на экране в виде осциллограмм соответствующих сигналов и численных значений измеряемых физических величин.

Результаты проведенных лабораторных работ могут быть сохранены в файле в формате MS Excel, который включает также данные о студенте, дату проведения опыта, а также образ лицевой панели, с которой проводилась работа.

Лабораторные работы выполняются на плате МИКРОПРИ-

ВОД (рис. 2.3).

Плата МИКРОПРИВОД разделена на зоны 1–6, предназначенные для выполнения определенных операций, а также элементы 7–14 СУЭП.

В каждой зоне имеются контактные площадки и переключатели, через которые можно производить электрические соединения для подачи напряжений и токов, а также для передачи полученных сигналов устройству NI ELVIS II для измерений. Эти действия производятся только при проведении лабораторных работ в аппаратном выполнении. Электрические подключения осуществляются студентом при помощи соединительных проводов и переключателей, вставляемых в контактные гнезда согласно приведенным в лабораторной работе инструкциям.

19

Рис. 2.3. Внешний вид платы МИКРОПРИВОД

Зоны и элементы платы имеют следующие функциональные назначения:

1.Зона коммутации управляющих сигналов.

2.Зона канала обратной связи для первого регулятора.

3.Зона первого регулятора типа ПИД.

4.Зона сигналов датчиков.

5.Зона второго регулятора типа ПИ.

6.Зона канала обратной связи для второго регулятора.

7.Соединительная муфта валов микродвигателей.

8.Исследуемый микродвигатель.

9.Датчик углового положения вала микродвигателя.

10.Держатель маховика, используемый после его снятия с вала микродвигателя.

11.Зона микродвигателей.

20