Расчет и выбор частотного преобразователя.

Расчёт максимального тока:

где Р_пр= 8,211 кВт – максимальная мощность на двигателе при разгоне и торможении;

η = 86% - КПД двигателя;

= 0,83 – характеристика двигателя;

U_п= 380 В – напряжение питания двигателя.

Расчёт эквивалентного тока за период Т_цикл:

где Р_экв=2,22 кВт – эквивалентная мощность потребляемая двигателем за время цикла

Учитывая возможность кратковременных перегрузок преобразователя на 150%, производиться расчёт номинального тока преобразователя:

По каталогу выбираем частотный преобразователь

КЕВ CCOMBIVERT 13. F5. G1D – 3900

Pн = 5,5кВт; Iном = 12А; Imax = 25,9А.

2.4 Расчёт тормозного резистора для частотного преобразователя.

Расчёт максимальной энергии торможения:

Р_max= ,

где М_max – максимальный тормозной момент;

М_max₁=М_п1=5,5 кГ*м;

М_max₂=М_п2=3,315 кГ*м;

n_max₁=1430 об/мин;

n_max₂=2415 об/мин.

Р_max₁=

Р_max₂=

Выбираем Р_max=8,211 кВт, т.к. Р_max₂>P_max₁

Расчёт максимальной электрической энергии торможения, учитывая потери в двигателе:

Р_элек.=Р_max-k*Р_ном.дв_. ,

где k – коэффициент уменьшения для генераторного режима работы двигателя, при Р_дв.=5,5 кВт – k=0,15;

k*Р_ном.дв_. – внутренние потери в двигателе.

Р_элек.=8,211-0,15*5,5=7,386 кВт

Расчёт омического сопротивления тормозного резистора:

Расчёт периода включения тормозного резистора:

ПВ_R=

t_тор=t₃+t₈+t₉=0,16+1,89+1,6=3,65 сек

T_цикл=487,16 сек

По условию, для расчёта ПВ_R необходимо взять Т_цикл=120 сек если рабочий цикл больше 120 сек.

ПВ_R=

Определяем зависимую константу f_к:

f_к(ПВ_R)=10 (по графику 1)

Определяем номинальную мощность тормозного резистора:

Р_ном=

Выбираем тормозной резистор КЕВ 13.BR.100 – 6110 с параметрами R_тор=110 Ом, Р_ном=0,9 кВт

2.5 Работа с прибором. Основные положения .

Платы управления F5-MULTI и F5-SERVO имеют 3 режима работы:

- пользовательский режим;

- application-режим (прикладной режим);

- drive-режим (режим ручного ввода параметров)

Пользовательский режим

- представляет собой свободно определяемый список параметров (СР-параметры), которые важны или необходимы для пользователя;

- поставляется со списком параметров, определяемым фирмой КЕВ.

Аpplication-режим

- все группы параметров (за исключением СР-параметров) и наборы параметров могут быть выбраны и при необходимости изменены;

- обычно приводится в действие только для адаптации к пользователю.

Drive-режим

- в этом специальном режиме прибор может быть введен в действие через оператора;

- за исключением разблокировки управления никакого подключения клеммной колодки не требуется.

2.5.1 Параметры, группы параметров, наборы параметров.

Параметры представляют собой значения в программе, которые меняются оператором и которые влияют на ход выполнения программы. Параметр состоит из:

обозначение параметра значение параметра

1 2 3 4

Рисунок 2.1

1 – Набор параметров. Для того, чтобы можно было установить несколько значений для одного параметра, имеются 8 наборов параметров (0…7). Если требуется отобразить действующее значение работающего блока, то нужная цифра ставится на «А». Для непрограммируемых параметров цифра не применима.

2 – Группа параметров. Для более четкой работы с огромным количеством параметров. Все они объединены по функциональным признакам в группы параметров (например, все относящиеся к двигателю параметры объединены в группу Drive(dr)).

3 – Номер параметра. Уточняет его место в группе.

4 – Значение параметра. Показывает фактическую уставку.

2.5.2 Выбор параметров и установка значений.

Мигающая лампочка указывает на изменяемую позицию. Нажатием клавиши ENTER осуществляется перемещение мигающей точки.

Рисунок 2.2

Для некоторых параметров нет необходимости сразу же активировать выбранные значения. Эти значения становятся активными после нажатия клавиши ENTER, и поэтому такие параметры называются ENTER-параметрами.

Некоторые параметры не программируются, т.к. их значение должно быть одинаковым во всех наборах (напр., адрес шины или скорость в бодах). Для простоты определения таких параметров в их идентификации отсутствует номер набора параметра. Для всех непрограммируемых параметров одно и то же значение достоверно независимо от выбранного набора параметров. Если во время работы происходит сбой, то на фактическом отображении на дисплее появляется мигающее сообщение об ошибке. Сообщение об ошибке можно аннулировать нажатием клавиши ENTER, и на экране снова будет показано первоначальное значение.

Сбрасывание сообщения об ошибке клавишей ENTER не является сбросом самой ошибки, т.е. неисправность в инверторе не сброшена. Таким образом, имеется возможность скорректировать регулировку до сброса ошибки.

Сброс ошибки возможен только через клеммную колодку или разблокировку управления. Для того, чтобы предоставить возможность сделать заключение о функциональных характеристиках привода, предусмотрены параметры, которые отображают пиковые величины. Пиковая величина означает, что наивысшее измеренное значение сохраняется в период работы преобразователя (принцип дублированного указателя). Пиковое значение сбрасывается нажатием кнопок sUp или tDown , и на дисплей выводится фактическое измеренное значение.

Для контроля над правильностью выполнения действия некоторые параметры направляют сигнал состояния. Например, после копирования набора на дисплее показывается сообщение «PASS», что указывает на безошибочное выполнение этого действия. Сигнал состояния должен быть подтвержден нажатием клавиши ENTER.

2.5.3 Структура и уровни ключевого слова.

KEB COMBIVERT обеспечен солидной защитой с использованием ключевого слова. Различные ключевые слова используются для того, чтобы:

- изменить рабочий режим;

- установить защиту от записи;

- включить режим Servise-Mode;

- переключиться на режим Drive-Mode.

В зависимости от фактического рабочего режима ключевое слово может быть введено по следующим параметрам:

когда включен режим СР-Mode

когда включен режим приложений

Значения вышеприведенных параметров показывают фактический уровень ключевого слова. Возможны также показания, приведенные ниже:

СР – только считывание. Отображается только группа параметров пользователя; за исключением СР.0 все параметры находятся в состоянии «только считывание».

Установка параметров СР. Отображается только группа параметров пользователя. Все параметры могут быть изменены.

Установка параметров СР Servise. Аналогично СР-оп, но идентификация параметра осуществляется в соответствии с начальным параметром.

Установка параметров Аpplication. Отображены и могут быть изменены все прикладные параметры. Параметры пользователя (СР-параметры) не отображаются.

Drive-Mode (режим ввода параметров) является специальным режимом работы, при котором прибор может быть задействован через оператора.

2.5.4 Ключевые слова и изменение их уровня.

Выбрав одно из нижеследующих ключевых слов в СР.0 или ud.1 можно переключиться на соответствующий уровень ключевого слова:

ключевые слова уровень ключевого слова

Рисунок 2.3

Пример переключения с режима СР в режим Аpplication.

Рисунок 2.4

Пример переключения с режима Аpplication в режим СР-read-only (режим только считывания)

Рисунок 2.5

2.5.5 СР-параметры

Параметры пользователя (СР) представляют собой специальную группу параметров. За исключением СР.0 (ввод ключевого слова) они могут определяться пользователем. Ниже приводится перечень параметров, устанавливаемых при поставке (Таблица 1). Это дает следующие преимущества:

- удобство для обслуживающего персонала;

- наиболее важные параметры защищены от неправильных действий;

- низкая стоимость документации для производителя.

По сравнению с прикладным режимом (Аpplication-Mode) управление в СР-режиме проще, так как нет необходимости в выборе групп параметров и наборов параметров.

Рисунок 2.6

2.5.6 Режим вводов параметров (Drive-режим)

Drive-режим – специальный ражим работы KEB COMBIVERT. Он позволяет легко осуществить ручной запуск. Чтобы войти в этот режим, нужно ввести ключевое слово «500» в «СР.0» или «ud.0». При этом возможны следующие установки:

- Стоп/Старт/Работа

- Значение уставки

- Направление вращения

Все остальные установки, например, пределы уставок, время ускорения или замедления и т.д. соответствуют предварительному выбору в наборах параметров.

Состояние аппаратуры: включение управления должно быть зашунтировано.

Рисунок 2.7

Введенное значение уставки отображается принажатой кнопке SPEED.

Рисунок 2.8

2.5.7 Установка направления вращения

Возможности установки: F = вперед (по часовой стрелке)

r = назад (против часовой стрелки)

Каждое нажатие кнопки ENTER изменяет направление вращения.

Рисунок 2.9

2.5.8 Рабочие состояния

В режиме Drive существуют 3 рабочих состояния:

- состояние «Стоп». Блок питания отключен, привод свободно вращается (напр. «FLS»)

- состояние «Старт». Блок питания управляется при 0 об/мин. Привод удерживается моментом удержания (напр. «F0.0»)

- состояние «Работа». Привод вращается с предварительно заданной частотой (напр. «F50.0»)

Кроме того, параметр ud.9 определяет, каким образом клавишами START и STOP задаются отдельные рабочие состояния.

Рисунок 2.10

Чтобы выйти из Drive-режима, необходимо в состоянии «СТОП» одновременно держать нажатыми в течение порядка 3секунд клавиши «FUNC» и «enter». Устройство возвращается в режим, из которого был запущен Drive-режим.

Рисунок 2.11

При использовании рабочего режима Drive-Mode (ud.9) могут быть определены источники уставки и условия при запуске/остановке. В качестве источника уставки может быть либо клавиатура в режиме Drive-Mode, либо же он выбирается параметром оР.О. Для получения информации о различных условиях работы при запуске/остановке. Источник значения уставки и состояние при запуске /остановке принимаются только после сброса значения «Питание включено».

Таблица 2.1

Бит 3	Бит 2	Бит 1	Бит 0	Функция ud.9
х	х	х		Установка значения уставки с клавиатуры
х	х	х		Установка значения уставки источником значения уставки оР.О
х	х		х	Значение уставки ограниченное (отрицательные знач.=0
х	х		х	Установка абсолютного значения уставки
		х	х	LS →работа
		х	х	0 об/мин→работа
		х	х	LS →0 об/мин→работа
		х	х	зарезервировано

2.6 Методика настройки инвертора F5G в режиме бессенсорного векторного контроля.

Методика ориентирована на применение программы COMBIVIS.

Предлагаемая методика предназначена не для замены инструкции по применению инвертора F5G, а для облегчения работы обслуживающего персонала по первоначальному запуску и настройке инвертора.

При отсутствии компьютера программирование осуществляется через пульт управления. Необходимо отметить, что при программировании через пульт управления имеются параметры, значения которых вводятся с помощью кнопки “ENTER”, а не непосредственным способом (когда при изменении значения новая величина сразу записывается в память без дополнительной фиксации кнопкой пульта). ENTER-параметры обозначены в инструкции, однако можно определить этот параметр при непосредственной работе с пультом – если на цифровом индикаторе пульта после цифры значения параметра имеется точка, то это значение можно ввести только с помощью кнопки “ENTER”. При этом точка выключается, дальнейшая работа с пультом осуществляется в обычном режиме – кнопками “FUNC” и “больше”/”меньше”.

2.6.1 Первичное меню F5G (CP- параметры) не предусматривает активизацию бессенсорного векторного контроля, поэтому необходимо включить режим “APPLICATION”-расширенный режим программирования, обеспечивающий полный доступ ко всем параметрам. Для этого необходимо установить в параметре СР0 значение пароля доступа “440”. Параметр относится к группе ENTER-параметров.

2.6.2 В заводской поставке для управления инвертором F5G необходимо подключить переменный резистор (потенциометр) к аналоговому входу An1 и организовать команды на дискретные входы ST (разблокировка инвертора), FW (команда “вперед”), REV (команда “назад”). Ограничение скорости в заводской поставке установлено на уровне 70Гц ( 10В задания соответствуют 70Гц выходной частоты).

Ниже будут рассмотрены параметры, определяющие различные варианты управления.

2.6.3 Установка параметров для активизации бессенсорного векторного контроля:

- ввести параметры применяемого двигателя (с шильдика):

dr00 – номинальный ток двигателя,А

dr01 – номинальная скорость двигателя с учетом скольжения, об/мин

dr02 – номинальное напряжение двигателя, В

dr03 – мощность двигателя, кВт

dr04 – cosФ двигателя

dr05 – номинальная частота двигателя, Гц

- активизировать векторный контроль через параметр Fr10:

Fr10=3

Fr10 – ENTER-параметр, ввод значения ”3” в память инвертора осуществляется кнопкой ENTER, при успешной операции на индикаторе появляется надпись PASS, необходимо еще раз нажать ENTER, и с помощью кнопки FUNC выйти из параметра.

В большинстве случаев этого достаточно, однако из-за технологических разбросов параметров реальных двигателей, возможно, потребуется дополнительная настройка. Инвертор в режиме бессенсорного векторного контроля обеспечи вает качественные моментно-скоростные характеристики от выходной частоты примерно 1Гц и выше.

2.6.4 Критерии оценки качественной работы привода.

Желательно первоначальную настройку провести на холостом ходу двигателя, либо на механизме с малыми моментами инерции и сопротивления нагрузки.

Включить привод и постепенно увеличивая скорость контролировать ток двигателя (параметр ru15) и поведение двигателя. Ток двигателя на холостом ходу должен составлять примерно 0,5-0,65 от номинального тока в диапазоне частот 1-50Гц. Значение тока холостого хода у двигателей большой мощности в процентном отношении имеет меньшую величину (около 40% от номинального). Т.е. можно ориентироваться на величину тока холостого хода для двигателей до 15кВт примерно 50%, более 15кВт – 40% от номинального значения. На частотах более 50Гц ток уменьшается. При работе двигателя во всех диапазонах частот не должны наблюдаться колебания тока и вибрации двигателя.

Характерным эффектом при “неправильных” параметрах двигателя является появление вибраций и колебаний тока двигателя при достижении какого-то уровня выходной частоты (например, 30Гц и более). Для устранения этого необходимо изменять параметр dr01 – номинальную скорость двигателя обычно в сторону увеличения с шагом 10об/мин (можно изменять непосредственно в рабочем состоянии - “на ходу”, при программировании этого параметра с пульта необходимо использовать кратковременное нажатие кнопок “больше”/”меньше” - чтобы избежать избыточных значений) до устранения вибрации. Обычно этого достаточно для корректной настройки привода.

Дополнительной мерой уменьшения тока двигателя может служить изменение в сторону уменьшения параметра dr00- номинального тока двигателя. Однако необходимо учитывать, что чрезмерное уменьшение этого параметра может привести к падению развиваемого момента привода.

Если применяется инвертор с выходной мощностью, значительно превышающий мощность двигателя (на ступень и более), и вышеуказанные параметры не позволяют качественно отстроить привод, необходимо скорректировать параметр dr06 – сопротивление обмотки двигателя, Ом. Проще всего это сделать прямым измерением сопротивления достаточно точным (цифровым) омметром и ввести это значение в параметр. Затем заново провести активизацию векторного контроля Fr10=3 и провести повторную настройку.

Имеется режим автоматического измерения сопротивления обмотки статора. Для этого необходимо установить:

- Ор00=2 - цифровое задание скорости (в заводской поставке значение цифрового задатчика = 0Гц)

- Ор01=6 – направление вращения в соответствии с заданием скорости Ор00 с режимом LS

- включить команду ST (разблокировать привод)

- установить в параметре dr06 значение “50000”

- в момент ввода значения параметра dr06 инвертор автоматически производит измерение сопротивления трех обмоток двигателя, усредняет и запоминает это значение.

2.6.5 Основными параметрами управления являются:

- Op00 – вид задания скорости

- Ор01 – вид задания направления вращения

- Ор10 – максимальная выходная частота

- Ор28 – время разгона

- Ор30 – время торможения

Ор00 (задание скорости):

- 0 – аналоговое задание +/-10В

- 1 – AUX-функция (суммирование нескольких заданий)

- 2 – цифровое задание с учетом знака (направления) в Гц

- 3 – цифровое задание в % от максимальной скорости

- 4 – электронный потенциометр (кнопки ”больше”/”меньше”, подключенные к дискретным входам)

- 5 – задание по цифровой шине

- 6 – задание определяется выходом встроенного ПИД-регулятора

- 7 – заданием служит сигнал датчика скорости1 (при наличии платы входов датчика скорости)

- 8 – заданием служит сигнал датчика скорости2 (при наличии платы входов датчика скорости)

- 9 – прямое аналоговое задание. Отличием от кода ”0” является то, что при данном управлении отключаются параметры фильтрации аналогового сигнала задания и временные характеристики разгона/торможения. Этот код служит для систем, где привод должен следовать за управляющим сигналом, повторяя его профиль.

Ор01 (задание направления):

- 0 – цифровая форма задания направления, устанавливается через программируемые параметры

- 1 – то же

- 2 –командами FW/REV по дискретным входам

- 3 – то же

- 4 – командами ПУСК/СТОП по дискретным входам

- 5 – то же

- 6 – направление вращения определяется аналоговым заданием скорости (чаще всего знаком управляющего напряжения, а при соответствующей настройке аналогового входа – относительным уровнем управляющего напряжения одной полярности), с режимом LS т.е. с выключением модуляции при нулевом задании

- 7 – то же но без режима LS т.е. с включенной модуляцией при нулевом задании

- 8 – задание направления устанавливается по цифровой шине

- 9 – то же

Повторение (“то же”) функций при различных кодах сделано для упрощения данной методики. На самом деле между кодами (например: 2 и 3) имеются различия. Обратитесь к инструкции по эксплуатации.

Ор10: 0 – 400Гц, этот параметр определяет привязку максимальной скорости к аналоговому заданию 10В, а при других способах задания (например, цифровом) служит дополнительным ограничителем скорости.

Ор28: 0-300сек - время разгона, привязывается к значению частоты 100Гц, т.е. при установке 10сек, разгон до 50Гц будет происходить за 5сек.

Ор30: 0-300сек - время торможения, рассчитывается аналогично разгону.

Вышеуказанные параметры являются основными для запуска инвертора. Если необходимо организовать более специфические режимы работы обратитесь к инструкции по эксплуатации или поставщику оборудования.

2.6.6 Дополнительные сведения.

Инверторы фирмы КЕВ серий F5M, F5S, F5G выполнены на одной силовой и программной базе, переключение из одного режима в другой осуществляется программно, в параметре ud02.

Т.е. если имеется инвертор F5M, ориентированный на применение с использованием обратной связи по скорости, а необходимо обеспечить режим бессенсорного векторного контроля (работа без датчика скорости), то надо переключить значение параметра ud02 из режима F5M/4000 (код “4” в COMBIVIS, на пульте код “FA-4”) в режим F5G/400 (в COMBIVIS код”0”, на пульте код “U-4”) и наоборот. При программировании через пульт необходимо учитывать, что параметр ud02 относится к группе ENTER-параметров, т.е. запоминание нового значения параметра осуществляется кнопкой “ENTER” пульта управления.

2.8 Расчёт силового кабеля для электропривода.

Для выбора сечения проводника по условиям нагрева токами нагрузки сравнивают расчётный максимальный I_р и допустимый I_доп токи для проводника принятой марки и условий его прокладки. При этом должно соблюдаться условие:

Если условия прокладки проводников отличаются от нормальных, то допустимый ток нагрузки определяется с поправкой на температуру (К_п1) и количество прокладываемых кабелей (К_п2):

где К_п1 – поправочный температурный коэффициент;

К_п2 – поправочный коэффициент, зависящий от количества прокладываемых кабелей и от расстояния между ними.

Токи нагрузки электропривода повторно – кратковременного режима работы нагревают проводники в меньшей степени, чем токи длительного режима, поэтому их следует пересчитать (согласно ПУЭ) на условно приведённый длительный ток нагрузки. Выбор проводника по нагреву проводиться в таких случаях из условия:

где ПВ – продолжительность включения;

I_ПВ - ток повторно - кратковременного режима;

0,875 – коэффициент запаса.

В нашем случае

Пересчитываем I_доп

Экономическая плотность тока J_эк для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией при числе часов использования более 5000 ч/год

для меди J_{эк.меди}=2,7

для алюминия J_{эк.алюм}=1,6

Найдём сечения проводников:

для меди

для алюминия

Выберем медный кабель КВВГЭ 4×6

Этот тип кабеля наиболее близко подходит по сечению.