МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

"Частотный преобразователь Mitsubishi FR-F700."

В процессе эксплуатации мехатронных или робототехнических систем, практически всегда возникает необходимость управлять приводным модулем, реализуя при этом требуемый закон изменения скорости. В простейшем случае, управление сводится к ступенчатому изменению скоростей, тогда как в более сложных может потребоваться изменение или поддержание вращающего момента, а также, стабилизация скорости при динамически изменяющихся нагрузках. Для управления асинхронными двигателями используются частотные приводы (преобразователи частоты), построенные на основе широтно-импульсных преобразователей (ШИП).

• Ознакомится с основными характеристиками и параметрами частотного преобразователя FR-F700, способами параметрирования и управления приводом

• С помощью параметров привода запрограммировать работу двигателя на 3, 7 и 15 заданных частотах вращения. Переключение частот должно происходить при изменении внешних сигналов.

• Экспериментально проверить возможность изменения времени разгона, торможения и выбора закона изменения скорости.

• ознакомиться с документацией на частотный преобразователь FR-F700 для изучения способов подключения и основных режимов управления частотным преобразователем, назначением и методикой изменения параметров;

• с использованием схемы соединений лабораторного стенда и технической документации, определить назначение каждого внешнего входного сигнала для управления двигателем. В протоколе лабораторной работы записать цель и задачи лабораторной работы, назначение используемых внешних сигналов, требуемые значения частот вращения ротора двигателя и рассчитанные значения параметров, которые для этого нужно установить. Записать необходимую последовательность действий для решения поставленных задач;

• у преподавателя ведущего занятия или инженера лаборатории получить допуск к выполнению практической части работы.

Для изменения частоты вращения ведущего вала асинхронного двигателя необходимо изменять частоту питающего напряжения, подаваемого на обмотки статора, в соответствии с зависимостью (1).

где n – частота оборотов двигателя, f – частота напряжения, p – число пар полюсов (в нашем случае p=1)

Изменение частоты питающего напряжения осуществляется методом широтно-импульсной модуляции. В этом случае выходное напряжение частотного преобразователя формируется из постоянного напряжения с помощью транзисторных ключей. Поскольку асинхронный двигатель для преобразователя частоты является реактивной (индуктивной) нагрузкой, то ток через обмотку двигателя не может возрастать мгновенно. Таким образом, используя импульсы разной длительности для управления транзисторными ключами, можно добиться на выходе преобразователя изменения тока (напряжения) близкого к синусоидальному закону (рисунок 1). При изменении числа оборотов двигателя, помимо частоты питающего напряжения необходимо изменять и его амплитуду. Наиболее часто реализуется линейный закон U/f = const (рис 2). На малых частотах вращения (до 5-10 Гц) напряжение поддерживается на одном уровне для обеспечения необходимого момента. По мере увеличения частоты, напряжение возрастает пропорционально до определенного предела (~ 0,5 Uпит), после чего его увеличение прекращается. Дальнейшее повышение частоты возможно, однако в этом случае начинает снижаться крутящий момент. Преобразователь FR-F700 с помощью изменения параметров позволяет выбирать необходимую зависимость U/f.

Рисунок 1 – Формирование требуемого закона изменения тока обмотки при использования ШИМ-модуляции.

Рисунок 2 – Зависимость напряжения на выходе преобразователя от частоты.

В системах промышленной автоматизации могут потребоваться различные способы управления преобразователем частоты. Преобразователь FR-F700 обеспечивает работу в нескольких режимах:

• управление от встроенного пульта;

• управление от внешних сигналов;

• управление от ПК (исключается возможность использования пульта).

При помощи встроенного пульта осуществляется управление двигателем и внутренними параметрами частотного преобразователя. Внешнее управление предоставляет более широкие возможности регулирования скорости за счет использования программируемых входных клемм, однако не позволяет изменять параметры преобразователя. Управление от персонального компьютера предоставляет исчерпывающие возможности по настройке и мониторингу работы и управлению преобразователем. В рамках данной лабораторной работы используются первые два режима. Выбор режима управления осуществляется кнопкой PU/EXT на пульте. 

На лабораторном стенде сигналы внешнего управления реализуются семью тумблерами, подсоединенными к клеммам частотного преобразователя: STF, STR (прямой и обратный ход), RL, RM, RH (малая средняя и большая скорости), JOG (толчковый режим), STOP. 

Пульт управления содержит следующие элементы:  

• Четырехсегментный индикатор;

• Кнопки:

PU/EXT – выбор режима управления преобразователем (пульт/внешнее);

REV, FWD – реверсивный и прямой ход двигателя;

STOP/RESET – остановка двигателя/сброс;

MODE – выбор типа вводимой на дисплей информации;

SET – установка значения;

• Светодиоды. Имеют в большинстве названия, аналогичные кнопкам. Подтверждают выполнение вводимой команды.

• Вращательный указатель. Предназначен для выбора и изменения текущих значений параметров.

Последовательность действий при изменении настроек и параметров преобразователя. 

Для изменения параметров преобразователя нажмите MODE. На индикаторе отобразится надпись P. 0 (редактор параметров). При помощи вращательного указателя выберите номер необходимого параметра и подтвердите выбор кнопкой SET. Индикатор отобразит текущее значение параметра. Данное значение можно изменить вращательным указателем и подтвердить кнопкой SET. Изменение параметров возможно только в режиме управления от встроенного пульта.

Для управления двигателем с пульта в реальном времени, нажмите кнопку MODE, чтобы на индикаторе отразилось 0.0. Кнопками расположенными на пульте управления выберите направление вращения. Ротор двигателя начнет вращаться, при этом на индикаторе будет отображаться частота напряжения подаваемого на двигатель. Поворотом указателя и кнопкой SET можно изменять эту частоту, а следовательно и частоту вращения ротора.

Примечание: стандартные установки преобразователя позволяют формировать напряжение питания двигателя с частотой до 400Гц, однако в рамках данной работы не рекомендуется выставлять значения выше 80 Гц, так как используемые асинхронные двигатели не рассчитаны на работу при таких значениях.

Далее приведены номера параметров, которые могут потребоваться при выполнении лабораторной работы. В скобках указана величина по умолчанию. С другими параметрами частотного преобразователя необходимо ознакомиться в руководстве (FR-700(руководство по эксп.).pdf и FR 700 техн каталог рус.pdf).

1 – максимальная выходная частота (120 Гц);

2 – минимальная выходная частота (0 Гц);

3 – номинальная частота работы двигателя (50 Гц);

4 - предустановка скорости вращения, при наличии сигнала RH (50 Гц);

5 - предустановка скорости вращения, при наличии сигнала RM (30 Гц);

6 - предустановка скорости вращения, при наличии сигнала RL (10 Гц);

7 – время разгона до заданной скорости (5 с);

8 – время торможения (5 с);

160 – защита от записи (изменения параметров).

5. Последовательность выполнения работы.

Перед началом работы необходимо:

а) ознакомиться с документацией на частотный преобразователь FR-F700 для изучения способов подключения и основных режимов управления

частотным преобразователем, назначением и методикой изменения параметров;

б) с использованием схемы соединений лабораторного стенда и технической документации, определить назначение каждого внешнего входного сигнала для управления двигателем. В протоколе лабораторной работы записать цель и задачи лабораторной работы, назначение используемых внешних сигналов, требуемые значения частот вращения ротора двигателя и рассчитанные значения параметров, которые для этого нужно установить. Записать необходимую последовательность действий для решения поставленных задач;

в) у преподавателя ведущего занятия или инженера лаборатории получить допуск к выполнению практической части работы.

Первой задачей является изменение стандартных значений частоты вращения для сигналов управления RL, RM, RH. По заданию преподавателя установить значения параметров для обеспечения новых значений частот вращения ротора двигателя и проверить их отработку в режиме управления от внешних сигналов.

Второй задачей является обеспечение возможности работы двигателя на разных скоростях путем комбинации сигналов, подаваемых на входные клеммы. Для этих целей потребуется изменение параметров 24 – 27, 232 – 239, которые позволяют реализовать 7 и 15 ступенчатое изменение частоты вращения ротора двигателя. Зависимость параметров и их соответствие входным клеммам показана на графиках (рисунок 3) и в таблице 1.

Во избежание ошибок, которые могут возникнуть из-за неверных настроек частотного преобразователя - перед началом работы рекомендуется вернуть заводские установки, присвоив параметру ALLC значение 1. Для доступа к некоторым функциям преобразователя в параметр 160 (блокировка доступа) должен быть записан 0.

Рисунок 3 – Соответствие номеров скорости и комбинаций входных сигналов.

Таблица 1 – Соответствие номеров скорости и параметров.

Сигнал REX на лабораторном стенде отсутствует, так же как и входная клемма REX в преобразователе, однако ее функцию можно назначить любой имеющейся клемме. Для назначения функции REX клемме JOG необходимо записать в параметр 185 значение 3 (подробнее – см. техническое описание).

Для экспериментальной проверки возможность изменения времени разгона, торможения и выбора закона изменения скорости необходимо изменить соответствующие параметры преобразователя. Не рекомендуется задавать очень малые значения времени разгона/торможения, т.к. в этом случае может срабатывать защита преобразователя по току.

6. Содержание отчёта

Лабораторная работа может считаться выполненной успешно при наличии оформленного протокола (отчета), практической реализации заданных частот вращения ротора двигателя, умении выполнять изменение параметров преобразователя частоты и управлять им в «ручном» режиме и в режиме внешнего управления.

Протокол лабораторной работы должен содержать следующие разделы:

1.Цель работы.

2.Состав и описание лабораторного стенда.

3. Описание последовательности действий для решения поставленных задач, а так же принятое назначение входных сигналов и значения параметров,

необходимых для реализации заданных 3, 7 и 15 частот вращения ротора двигателя.

4. Выводы по работе.

7. Контрольные вопросы.

1. Приведите назначение, области применения и основные характеристики частотного преобразователя

2. Поясните способы формирования напряжений питания для обмоток асинхронного двигателя.

3. Обоснуйте необходимость зависимости выходного напряжения преобразователя от требуемой частоты вращения ротора двигателя.

4. Перечислите основные режимы работы (управления) частотного преобразователя.

5. Перечислите имеющиеся защитные функции преобразователя, укажите возможные способы применения частотного преобразователя, когда может потребоваться изменение параметров для этих функций.

В начало

Содержание