4.2 Защита, осуществляемая средствами преобразователя

Производителем предусмотрены следующие встроенные элементы защиты:

а) Электронная тепловая защита двигателя от перегрузки;

б) Контроль температуры радиатора;

в) Защита преобразователя от КЗ на клеммах;

г) Защита от отцепления фазы;

д) Непрерывный контроль напряжения промежуточной цепи постоянного тока;

е) Защита от неисправности заземления на клеммах двигателя;

ж) Защита от потери фазы отключением преобразователя при подаче нагрузки на двигатель.

Когда в цепи транзисторов инвертора протекают аварийные токи, они значительно уязвимы для тока перегрузки, тут практически невозможно защитить транзисторы IGBT с помощью применения защиты цепи. Ситуация усугубляется большой энергией мощного конденсатора фильтра в цепи постоянного тока. Здесь возможно лишь быстродействующее (1-3 мкс) выключение транзисторов по цепям управления. Для этих целей в цепь силового канала электропривода устанавливаются датчики тока. Также, транзисторы можно отключать с помощью специальных управляемых генераторов сигналов - интеллектуальных контроллеров с защитной функцией.

4.3 Защита на стороне питающей сети

Со стороны сети ставится главный выключатель - разъединитель с держателями под предохранитель, предохранитель, главный контактор, входной фильтр, коммутационный дроссель. Автоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты вентильных преобразователей от внешних коротких замыкании и перегрузок по току.

Положение выключателей в цепи вентильного преобразователя определяется аварийным срабатыванием большинства вентилей, от которых предусмотрена защита. В этом случае необходимо учитывать особенности работы преобразователя, требования к защите полупроводников и селективность изоляции поврежденной цепи.

4.4 Защита на стороне двигателя

На выходе преобразователя ставится следующая защита:

Выходной дроссель фирмы Siemens серии 6SL3000-2AE41-4AA0 с PV max равной 1054 Вт.

Автоматические выключатели SINAMICS 3WL.

Все защитные устройства взяты из каталога SINAMICS и рекомендованы компанией для данного преобразователя частоты.

5 Выбор и разработка функциональной схемы сар

Стандартное программное обеспечение платы управления содержит различные разомкнутые и замкнутые структуры управления для различных применений. Среди них есть:

• Разомкнутая система скалярного управления по U/f характеристике для простых электроприводов;

• Замкнутая система скалярного управления по U/f характеристике с внешней обратной связью по скорости для случая, когда компенсация скольжения не обеспечивает необходимой точности поддержания скорости;

• Векторное управление для приводов с высокой динамикой.

По требованиям, предъявляемым к электроприводу необходимы ограничения скорости и момента, как в динамике, так и в статике. Это может обеспечить только векторное управление. При таком управлении достигаются динамические характеристики близкие к двигателю постоянного тока. Это достигается путем раздельного управления составляющими тока статора, отвечающими за момент и за поле. Таким образом становится возможным точное управление моментом.

Векторное управление бывает трех типов:

а) Векторное управление скоростью без датчика скорости. Обычно используется для одноприводных механизмов с асинхронными двигателями с требуемым диапазоном регулирования 1:10, то есть для многих промышленных реализаций, таких как прессы и вентиляторы, центрифуги, некритические механизмы транспортировки и выравнивания;

б) Векторное управление скоростью с датчиком скорости. Он используется для однодвигательных асинхронных приводов с повышенными требованиями к динамике даже на низких скоростях с высокой точностью регулирования: выравнивающих механизмов, крановых двигателей с точным позиционированием. Тахогенератор постоянного тока в этом случае не подходит по требованиям точности, поэтому следует использовать, например, инкрементальный датчик;

в) Векторное управление моментом с датчиком скорости. В случае если необходимо поддержать постоянный момент на валу двигателя, например привода моталок, система приводов ведущий – ведомый, системы регулирования натяжения.

При выборе между векторным управлением скоростью без датчика скорости или с датчиком скорости необходимо рассмотреть следующие факторы. Датчик скорости необходим если

• необходима наивысшая точность регулирования скорости;

• необходимо удовлетворить повышенным требованиям к динамике;

• требуется точное управление моментом при скорости меньше 10% от номинальной скорости двигателя.

Информация о фактических значениях и пространственном расположении векторов переменных АД может быть получена как прямым измерением с использованием соответствующих датчиков, так и косвенно на основе математической модели АД. Конфигурация и сложность такой модели определяется техническими требованиями привода. В целом системы с косвенным управлением координатами электропривода имеют более низкие статические и динамические характеристики, чем системы с прямым векторным управлением, из-за нестабильности и сложной взаимосвязи параметров АД. При сложности вычислительных операций и алгоритмов управления электроприводом преимущество косвенно управляемых систем заключается в простоте технических решений и, следовательно, в практической надежности.

Исходя из вышеизложенного, система векторного управления выбирается на основе микроконтроллера с датчиком скорости и косвенного управления координатами, реализуемого программно, где информация о векторах магнитного потока АД получается косвенно на основе математических моделей. При этом базовой является структура управления с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора и модульного принципа построения системы управления.

На рисунке 9 представлена функциональная схема системы управления электроприводом серии Sinamics S120 с отрицательной обратной связью по реальной скорости АД. Система имеет два основных канала управления - угловой скоростью  и модулем потокосцепления ротора 2 АД, а также два подчиненных им внутренних контура регулирования составляющих тока статора I1xи I1у в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью 0эл магнитного поля двигателя.

Развернутая функциональная схема системы управления электроприводом серии Sinamics S120 с отрицательной обратной связью по реальной скорости АД представлена ниже.

Рисунок 9 – Функциональная схема векторной системы управления с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД