Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка
Комплексное изучение техники расчета силовой части электропривода. Обоснование выбора электрооборудования и проверка его по нагреву и перегрузочной способности. Обоснование выбора и расчет системы управления и определения параметров регуляторов привода.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.04.2021 |
| Размер файла | 529,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
3
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования
«Южно-Уральский государственный университет»
(национальный исследовательский университет)
Институт открытого и дистанционного образования
Кафедра техники, технологий и строительства
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине «Электромеханические системы»
ЮУрГУ-270304.2020.006 ПЗ КП
Нормоконтролер, доцент
В.Д. Константинов
Руководитель, доцент
В.Д. Константинов
Автор проекта студент группы ИОДО-515
И.В. Коряков
Челябинск 2020
АННОТАЦИЯ
Коряков И.В. Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка. - Челябинск: ЮУрГУ, ИОДО; 2020, 39 с., 5 ил., 4 табл. библиогр. список - 5 наим., 2 листа чертежей ф. А1.
Цель работы: освоение техники расчета силовой части электропривода, обоснование выбора электрооборудования, проверки его по нагреву и перегрузочной способности, выбор системы управления и определения параметров регуляторов.
В процессе курсового проектирования систематизируются и закрепляются знания по автоматизированному электроприводу.
Ознакомится с серийно выпускаемым электрооборудованием и методикой расчета электропривода.
нагрев перегрузочная способность электрооборудование привод
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Техническое задание и исходные данные
1 ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
2 РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА
2.1 Для рабочего хода стола
2.2 Для обратного хода
3 РАСЧЁТ МОМЕНТОВ И МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
4 ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
5 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
6 ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
6.1 Выбор тиристорного преобразователя
6.2 Выбор силового трансформатора
6.3 Выбор сглаживающего реактора
7 РАСЧЁТ ПРИВЕДЁННЫХ МОМЕНТОВ И ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ И ПЕРЕГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ
8 РАСЧЁТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА
9 ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИВОДА
10 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Металлорежущие станки являются распространенными производственными машинами, предназначенными для механической обработки заготовок из металла с помощью режущего инструмента.
Строгальные станки предназначены для обработки резцами плоскостей и фасонных линейчатых поверхностей. Они делятся на поперечно-строгальные, продольно-строгальные, долбежные.
Первые применяются при изготовлении мелких и средних по размерам деталей, вторые сравнительно крупных или одновременной обработки нескольких заготовок среднего размера. Долбежные станки применяются для выбора шпоночных пазов, канавок фасонных поверхностей небольшой длинны. Станки обладают рабочим ходом, во время которого происходит процесс резания, и обратный ход при котором инструмент возвращается в первоначальное положение. Современные металлорежущие станки обладают сложной системой автоматизированного электропривода, которую разделяют на два основных типа: привод главного движения и привод подачи. От их синхронности и надежности зависит качество конечной продукции. Поэтому при проектировании автоматизированного электропривода станков одной из важных задач является правильный выбор мощности электродвигателя. Для этого проводят расчет режимов резания для всех типовых деталей, обрабатываемых на данном станке, и по результатам этих расчетов выбрать типоразмер электродвигателя, который будет обеспечивать качественную обработку при наибольшей нагрузке.
Развитие в области силовой и вычислительной электроники создают предпосылки к созданию более надежных, точных и недорогих систем электропривода, что в свою очередь способствует проведению модернизации и замене существующих и устаревших приводов.
Техническое задание и исходные данные.
Техническое задание:
Для механизма перемещения стола продольно-строгального станка произвести расчет силовой части электропривода, обосновать выбор электрооборудования, проверить его по нагреву и перегрузочной способности . выбрать систему управления и определения параметров регулятора. Ознакомится с серийно выпускаемым электрооборудованием и методикой расчета электропривода.
Исходные данные:
Электропривод стола продольно-строгального станка
Типовая схема электропривода перемещения стола приведена на рис.1.
Рисунок 1 - Кинематическая схема привода стола: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - стол; 3 - реечная шестерня; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель.
Таблица 1. Исходные данные.
|
Исходные данные |
Условные обозначения |
Значение (СИ) |
|
|
Усилие резания |
Fz |
18 кН |
|
|
Скорость рабочего хода |
VP |
0,41 м/с |
|
|
Скорость обратного хода |
Vобр |
1,33 м/с |
|
|
Масса стола |
mc |
2000 кг |
|
|
Масса детали |
mд |
3500 кг |
|
|
Длина обработки детали |
L |
4,5 м |
|
|
Коэффициент трения стола о направляющие |
µ |
0,08 |
|
|
КПД передачи |
з |
0,8 |
|
|
Диаметр ведущей шестерни |
D |
0,15 м |
|
|
Передаточное отношение редуктора |
i |
5 |
|
|
Число двигателей |
1 шт. |
||
|
Ускорение при пуске и торможении |
an =am |
3 м/с2 |
1 ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Металлорежущие станки являются очень распространенной группой машин и орудий, предназначенных, для механической обработки изделий из различных металлов при помощи одного или нескольких инструментов. Представителем этой группы являются продольно- строгальные станки. Они нашли свое применение в обработке резцами плоских горизонтальных и вертикальных поверхностей у крупных деталей большой длинны. На этих станках, возможно, производить резание продольно-прямоугольных канавок различного профиля, Т-образных пазов и множество других различных операций.
Главным движением станка является перемещение стола, за счет которого инструмент производит резание металла и движение подачи, которое возвращает инструмент для снятия нового слоя металла.
Основными величинами, характеризующими размеры и технологические возможности различных продольно-строгальных станков, являются: длина строгания, ход стола (1.5 - 12 м), ширина обработки (0.7 - 4 м), наибольшее тяговое усилие (30 - 150 кН).
Процесс обработки изделия на продольно-строгальном станке состоит из последовательно повторяющихся циклов. Каждый из них включает в себя прямой, то есть рабочий ход и обратный, когда стол возвращается в исходное положение и осуществляется подача резцов во время реверса стола с обратного хода на прямой. Нормативная скорость прямого хода, скорость резания определяется твердостью обрабатываемого металла, свойствами режущего инструмента и видом обработки (черновое или чистовое).
Поскольку при строгании резец испытывает ударную нагрузку, то значение максимальных скоростей строгания не превосходит 75 - 420 м/мин. При этом скорость вхождения резца в металл, в сравнении со скоростью резания ограничивается до 40% и меньше, в зависимости от обрабатываемого металла, чтобы избежать крошки и поломки резца.
Указанные обстоятельства ограничивают производительность станка и для ее повышения необходимо сократить непроизводительное время движения. Обратный ход осуществляется на повышенных скоростях, а пуско - тормозные режимы при реверсе принимают допустимо минимальной по продолжительности. Привод должен быть управляемым по скорости, поскольку для различны материалов используются различные оптимальные и максимально допустимые скорости строгания; кроме того, движение характеризуется различными скоростями на разных интервалах времени рабочего цикла, высокой частотой реверсирования с большим пуско - тормозным моментом.
2 РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА
Режимы работы механизмов бывают продолжительными и циклическими,
которые подразделяются на повторно-кратковременные и с перемежающейся нагрузкой. Циклический режим работы, для которого задаются период работы Т, в течение которого скорость и нагрузка изменяются в соответствии с требованиями технологического процесса. Для циклического режима определяются время пуска, время работы с установившейся скоростью и торможения для рабочего хода, в процессе которого производится снятие металла заготовки и аналогичные величины для обратного хода инструмента, без обработки заготовки. При пуске и торможении определяются ускорения вращательного и поступательного движения отдельных узлов механизма, и строится рабочая диаграмма скорости или тахограмма, представляющая зависимость скорости рабочего органа и времени на цикле.
Расчет цикла выполняется по приведенным ниже формулам для механизма перемещения стола продольно-строгального станка.
Исходными данными являются: V1, V2 - скорость рабочего и обратного хода (здесь и далее индексами 1 и 2 обозначены величины соответствующие рабочему и обратному ходу); а - ускорение при пуске и торможении; L - длина обработки; D - диаметр реечной шестерни.
2.1 Для рабочего хода стола
Время пуска до установившейся скорости с допустимым ускорением или торможения от установившейся скорости до остановки (c):
(2.1)
tn1= tm1= =0.13
Путь, проходимый суппортом за время пуска или торможения (м):
(2.2)
Ln1= Lm1 = 3* = 0.025
Путь, проходимый суппортом при движении с установившейся скоростью (м):
. (2.3)
Ly1= 4,5-2*0.025=4.45
Время движения стола с установившейся скоростью (с):
. (2.4)
ty1= = 13,48
Угловая скорость и ускорения реечной шестерни для рабочего хода (рад/с):
(2.5)
;
2.2 Для обратного хода
Время пуска или торможения (c:)
(2.6)
tn2= tm2= =0.44
Путь, проходимый столом за время пуска и при движении с установившейся скоростью (м):
(2.7)
.
Ln2= Lm2 = 3* = 0.29
Ly2= 4,5-2*0.29=3,9
Время движения стола с установившейся скоростью (м):
. (2.8)
ty2= = 2,93
Угловая скорость и ускорение реечной шестерни для обратного движения (рад/с):
(2.9)
,
где D - диаметр реечной шестерни.
Время цикла определяется временем работы при прямом и обратном ходе (c):
. (2.10)
tц=13,48+2*0.13+2,93+2*0.44 = 17,55
По результатам расчетов рабочего цикла на рис. 2 представлена скоростная диаграмма движения рабочего органа.
Рисунок 2.1 - Нагрузочная диаграмма скорости и моментов
При построении зависимостей V = f(t) необходимо учитывать направление движения рабочего органа механизма. При движении в рабочем режиме, когда совершается технологический процесс, принимаем V > 0. При движении в обратном направлении, V < 0. С учетом указанных знаков скорости принимают знаки ускорения при пуске и торможении с учетом рабочего или обратного хода.
3 РАСЧЁТ МОМЕНТОВ И МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В процессе работы механизма момент, развиваемый двигателем, определяется суммой статических и динамических моментов.
Статические моменты сопротивления механизма Мс действуют как в установившихся режимах работы, так и в переходных. К ним относятся моменты сил резания, сил тяжести, сил трения и др., а также составляющие момента от потерь в передаточных устройствах (редуктор, шариковинтовая передача), которые можно учесть введением в расчеты соответствующего КПД передачи. Причем, при прямом потоке энергии (двигательный режим) эти потери в передаче приводят к увеличению статического момента сопротивления механизма, а при обратном потоке (тормозной режим) - уменьшают.
При заданном значении допустимого ускорения рабочего механизма представляется возможным на этапе предварительного расчета мощности двигателя определить не только статические нагрузки, но и часть динамических нагрузок электропривода, т.к. маховые массы двигателя и передаточных устройств на данный момент неизвестны. Для определения динамических моментов рабочей машины необходимо рассчитать моменты инерции механизма.
Расчет статических и динамических моментов для механизмa передвижения стола продольно-строгального станка производится следующим образом.
Усилие перемещения стола на холостом ходу:
(3.1)
где ,
mс - масса стола (mс = 2000 кг, см таб. 1);
mд - масса детали (mд = 4000 кг, см таб. 1);
g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с2);
м - коэффициент трения стола о направляющие (м = 0,08, см таб. 1).
Fxx =(2000+3500)*9.8*0.08=4312 (H)
Усилие перемещения стола при резании:
(3.2)
где ,
Fz - усилие резания (Fz = 18000 Н, см. таб. 1).
Fc =18000+4312=22312 (H)
Сила сопротивления при прямом и обратном ходе стола (Н) определяется:
(3.3)
Fc1=18000+(2000+3500)*9.8*0.08=22312
(3.4)
Fc2=(2000+3500)*9.8*0.08=4312
Статический момент сопротивления (Н*м):
. (3.5)
Мрос1==1673
Мрос2==323
Момент инерции поступательно движущихся динамических масс, приведенный к рабочей шестерни (кг*м2)
. (3.6)
Jро=(2000+3500)*=31
Динамический момент рабочего органа при рабочем и обратном ходе (Н*м)
(3.7)
Мрод=31*40=1240
Полный момент рабочей машины (Н*м)
. (3.8)
Мро1=1240+1973=3213
Мро2 =1240+323=1563
Знаки полного момента и его составляющих зависят от направления движения и режима работы.
Для установившегося режима работы при неизменной скорости
(3.9)
Мроу1=1673
Мроу2 =323
При пуске или ускорении привода
. (3.10)
Мроп1=3213
Мроп2 =1563
При торможении или замедлении привода (Н*м)
. (3.11)
Мрот1=-1240+1973=733
Мрот2 =-1240+323= -917
На основании построенной нагрузочной диаграммы моментов рабочего органа механизма рассчитывается среднеквадратичное или эквивалентное значение момента:
(3.12)
здесь Mi - момент рабочего органа на i-м интервале, где под интервалом понимается промежуток, в течение которого происходит разгон, движение с установившейся скоростью, торможение как при прямом, так и при обратном ходе; ti - длительность i-го интервала; tц - время цикла.
Мэ.ро= = 1675,7 Н
Предварительная мощность двигателя в общем случае
. (3.13)
Данное соотношение справедливо, не только для повторно-кратковременного, но и для продолжительного режимов. Здесь ПBф - фактическое значение относительной продолжительности включения разрабатываемого электропривода, ПBкат - ближайшее к ПBф каталожное значение относительной продолжительности включения для выбираемых двигателей.
Режим работы представленных в приложении механизмов можно отнести к продолжительному с меняющейся нагрузкой, поэтому ПBф = 1.
Предварительная мощность двигателя для механизмов перемещения
(3.14)
где K1 - коэффициент, учитывающий неучтенные динамические нагрузки (двигатель, редуктор), а также потери в редукторе. Для механизмов,
представленных в данном пособии, величину коэффициента можно принять
K1 = 1,3…1,5.
На предварительной стадии определения мощности двигателя величину
основной скорости для винта или реечной шестерни можно принять равными скорости обратного хода.
=1,3*1675,7*17=37033
4 ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
При выборе конструктивного исполнения двигателя, прежде всего, необходимо учитывать условие работы производственного механизма. Высокая производительность и качество выпускаемой продукции , могут быть обеспечены лишь при правильном учете статических и динамических характеристик привода и рабочей машины. Кинематика, и даже конструкция рабочей машины в значительной степени определяются типом применяемого электропривода, и наоборот, в зависимости от конструктивных особенностей исполнительного механизма привод претерпевает значительные изменения.
При выборе электропривода должны быть учтены: характер статического момента, необходимые пределы регулирования скорости, плавности регулирования, требуемых механических характеристик, условия пуска и торможения, числа включений в час, особенностей окружающей среды и т. д.
Первоначально решается вопрос о выборе регулируемого или нерегулируемого типа электропривода. В последнем случае задача значительно упрощается. Все сводится к выбору двигателя переменного тока (обычно асинхронные двигатели). В случае с регулированием по скорости решается вопрос о выборе рода тока привода.
Применение постоянного тока может быть оправдано лишь в тех случаях, когда привод должен обеспечивать повышенные требования к плавности регулирования скорости. Приводы постоянного тока используются в механизмах, работающих в повторно-кратковременных режимах: краны, подъемные механизмы, вспомогательные механизмы металлургической промышленности (шлепперы, рольганги, нажимные).
В случае приводов повторно-кратковременного режима тип двигателя определяется из условий получения минимальной длительности переходного процесса, минимальных динамических моментов. С этой целью либо используют специальные двигатели с минимальным моментом инерции, либо переходят к двух двигательному приводу (суммарный момент инерции двух двигателей той же мощности, что и одно двигательный привод меньше на 20 -40%).
Для электропривода продольно-строгального станка, возможно, использовать следующие типы ЭП:
«ТПЧ - АД» - тиристорный преобразователь частоты - асинхронный двигатель;
«Г - Д» - генератор - двигатель
«ТП - Д» - тиристорный преобразователь - двигатель.
Система «ТПЧ - АД» в принципе позволяет получать характеристики, аналогичные системе «ТП - Д», а экономически не выгодна, так как стоимость частотного преобразователя на много выше управляемого выпрямителя.
Система «Г - Д» обладает рядом недостатков:
- необходимость в двукратном преобразовании энергии, что приводит к снижению КПД;
- присутствие двух машин в преобразовательном агрегате;
- значительные габариты установки;
- высокие эксплуатационные расходы.
Учитывая выше сказанное, для электропривода главного движения продольно - строгального станка выбираем систему «ТП - Д».
5 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Выбор двигателя на данном этапе заключается не только в выборе его по предварительно рассчитанной мощности, но необходимо правильно определить основную скорость движения электропривода, т.е. скорость на естественной механической характеристике. В зависимости от выбранного способа регулирования основная скорость может соответствовать или рабочему ходу, при котором выполняются технологические операции, или обратному движению.
При выборе конструктивного исполнения двигателя, прежде всего, необходимо учитывать условия его эксплуатации, обусловленные воздействием климатических факторов, содержанием коррозионно-активных элементов, взрыво- и пожароопасных смесей в окружающей среде.
В настоящее время в связи с ростом требований к приводам механизмов главного движения станков все более широкое применение находят различные двигатели постоянного тока с электромагнитным возбуждением с широким диапазоном регулирования скорости.
Скорость двигателя при известном передаточном числе i (рад/с):
(5.1)
= 17*5= 85
Двигатель выбирается по каталогу, исходя из рассчитанной ранее мощности. При этом, паспортная мощность должна быть равна или несколько больше расчетной.
Предварительная расчетная мощность двигателя (кВт):
(5.2)
Рдв=1,3*1675,7*17=37033 Вт.
Из приложения 2 выбираем двигатель серии ПН - 1750, имеющего принудительную вентиляцию. Номинальные данные двигатель приведены в таблице 2.
Таблица 2. Данные выбранного двигателя ПН-1750.
|
Параметр |
Обозначение |
Значение |
|
|
Номинальная мощность на валу (дв) |
Рн |
46000 Вт |
|
|
Номинальное напряжение на якоре двигателя; |
Uн |
220 В |
|
|
Номинальный ток якорной цепи |
Iн |
231 А |
|
|
Номинальная частота вращения |
nн |
580 об/мин |
|
|
Номинальный ток обмотки возбуждения |
Iов |
2.75 А |
|
|
Сопротивление якорной цепи двигателя |
Rя+ Rд |
0.033 Ом |
|
|
Сопротивление обмотки возбуждения |
Rов |
55 Ом |
|
|
Момент инерции якоря |
Jд |
13,5 кг/м2 |
|
|
Число полюсов двигателя |
2р |
6 |
Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных, которые не приведены в справочнике. Необходимо рассчитать недостающие данные двигателя.
Номинальная ЭДС якоря (В):
Ен= Uн- Iн* Rя(5.3)
Ен=220-231*0,033=212,3
Номинальная угловая скорость (рад/с):
=nн* (5.4)
=580*=60,7
Конструктивная постоянная, умноженная на номинальный магнитный поток (Вб):
KФн= (5.5)
KФн==3,5
Номинальный момент двигателя (Н*м):
Мн= KФн* Iн (5.6)
Мн=3,5*231=808
Момент холостого хода двигателя (Н*м):
ДМ = Мн - (5.7)
ДМ=808 - 46000/60,7=50
6 ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
6.1 Выбор тиристорного преобразователя
Для регулирования скорости и момента двигателя в последнее время, в основном, применяют статические полупроводниковые преобразователи или управляемые выпрямители, преобразующие переменное напряжение сети в регулируемое постоянное напряжение.
Для изменения направления вращения двигателя используют реверсивный тиристорный преобразователь, который позволяет осуществить режим торможения против включением и с отдачей энергии в сеть.
Из справочника под редакцией В. М. Перельмутера выбираем силовой тиристорный преобразователь по параметрам выбранного двигателя исходя из условий:
(6.1)
где Uн и Iн - номинальные напряжение и ток двигателя; Uнп и Iнп - номинальные напряжение и ток тиристорного преобразователя.
Uн =220 В, Iн=231 А.
Из приложения 2 выбираем тиристорный преобразователь типа ЭПУ-100/23., имеющего принудительную вентиляцию. Номинальные данные преобразователя приведены в таблице 3.
Таблица 3. Данные выбранного тиристорный преобразователь типа ЭПУ-100/23.
|
Тип преобразователя |
ЭПУ-100/230 |
|
|
Номинальный ток Iн, А |
100 |
|
|
Номинальное напряжение Uн, В |
230 |
6.2 Выбор силового трансформатора
Силовой трансформатор выбирают с учетом параметров тиристорного преобразователя, а также по величине напряжения промышленной сети трехфазного тока. Предпочтение отдается трансформатору с воздушным охлаждением (сухой трансформатор).
Номинальные линейные напряжения сетевой или первичной обмотки трансформатора U1л выбирают в соответствии с напряжением питающей сети. Большей частью на промышленных предприятиях это напряжение составляет
U1л = 380 В.
I2Н=0,816* Iнп (6.2)
I2Н=0,816*100=81,6 А
Из таблицы 4 выбираем трансформатор типа ТСП-25/0,4.
Таблица 4. Паспортные данные согласующихся трансформаторов для тиристорных преобразователей
|
Тип трансформатора |
Номинальная мощность Sн, кВа |
Напряжение сетевой обмотки U1н, В |
Вентильная обмотка |
Параметры преобразователя |
Потери трансформатора, Вт |
Uк, % |
Iхх, % |
||||
|
U2н, В |
I2н,А |
Udн, В |
Idн,А |
Рхх |
Ркз |
||||||
|
ТСП-25/0,4 |
29,1 |
380 |
205 |
82 |
230 |
100 |
210 |
1100 |
5,5 |
8 |
6.3 Выбор сглаживающего реактора
Для сглаживания пульсации выпрямленного тока, уменьшения зоны прерывистых токов и ограничения скорости нарастания аварийного тока через тиристоры при коротком замыкании последовательно в цепь якоря регулируемого двигателя включается сглаживающий реактор. При этом, уменьшается нагрев двигателя, улучшаются условия коммутации щеточно-коллекторного аппарата. Необходимость применения сглаживающего реактора выясняется после определения требуемой индуктивности якорной цепи и реальной индуктивности, обусловленной собственной индуктивностью якоря двигателя и внутренней индуктивностью преобразователя.
Индуктивности цепи выпрямленного тока или якорной цепи двигателя (мГн):
(мГн), (6.3)
где, = 2…6 - допустимое значение амплитуды пульсаций тока для якорной цепи двигателя.
Ld=12*220/2*231=5,69 мГн
Индуктивность обмотки якоря (мГн):
(6.4)
где, Uн, , Iн - номинальные величины двигателя: напряжение, частота вращения и ток; р - число пар полюсов; K - коэффициент, K = 0,25 - для двигателей с компенсационной обмоткой, K = 0,6 - для двигателей без компенсационной обмотки.
Lя=0,6*220/2*231*60,7=0,0047=4.7 мГн
Величину индуктивности обмоток трансформатора рассчитывают по паспортным данным трансформатора.
Полное сопротивление обмотки трансформатора (Ом):
(6.5)
где, U2н и I2н - номинальные напряжение и ток вторичной обмотки; Uк% - напряжение короткого замыкания трансформатора.
Zm=205*5.5/82*100=0,138
Эквивалентное активное сопротивление фазной обмотки трансформатора, приведенное к вторичной цепи (Ом)
(6.6)
Rm= =0.055
Индуктивное сопротивление и индуктивность обмоток трансформатора:
;
(6.7)
где f1 - частота питающей сети.
Хm== 0.127 (Ом)
Lm= мГн
Если требуемая индуктивность , то необходима установка сглаживающего реактора с величиной индуктивности
. (6.8)
Lр=5,69-(4,7+2*0,4) =0,19 (мГн)
Так как расчетная индуктивность оказалась отрицательной, необходимость в сглаживающем реакторе отпадает. Собственной индуктивности якорной цепи достаточно для ограничения пульсаций тока.
При питании двигателя от тиристорного преобразователя необходимо учитывать падения напряжения в самом преобразователе, обусловленные следующими причинами: падение напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора (токоограничивающего реактора) и на открытых тиристорах, а также индуктивное падение напряжения при коммутации тиристоров.
Эквивалентное сопротивление преобразователя из-за снижения выпрямленной ЭДС за счет коммутационных провалов (Ом):
(6.9)
где, m = 6 - при двухполупериодном трехфазном выпрямлении; m = 3 - при однополупериодном трехфазном выпрямлении.
Rэ=6*0,127/2*3,14=0,121
Внутреннее сопротивление тиристорного преобразователя(Ом):
, (6.10)
где, Rр - активное сопротивление сглаживающего реактора (если последний необходим).
Rn=0,121+0,055=0,176
7 РАСЧЁТ ПРИВЕДЁННЫХ МОМЕНТОВ И ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ И ПЕРЕГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ
На стадии предварительного расчета мощности электродвигателя по заданным техническим параметрам механизма были рассчитаны статические и динамические моменты рабочей машины. После выбора двигателя и редуктора, при известных значениях передаточного числа, КПД редуктора и момента инерции двигателя, представляется возможность определить моменты, приведенные к валу двигателя.
Приведенные статические моменты (Н*м):
(7.1)
Мґc1=1673/5=334.6
Мґc2=323/5=64.6
С учетом потерь в редукторе приведенные статические моменты зависят от режима работы электропривода.
Статический момент на валу в установившемся режиме и при разгоне (Н*м):
(7.2)
где - КПД редуктора.
Мсд1 = = 418
Мсд2 = = 80
Потери в редукторе в тормозных режимах вызывают уменьшение нагрузки на двигатель, при этом момент на валу определяется:
. (7.3)
Момент на валу (Н*м):
Мст1=334.6*0,8 = 267
Мст2=64.6*0,8 = 51
При более точных расчетах статических и динамических режимов работы электропривода необходимо учитывать момент потерь в двигателе или момент холостого хода, который в режиме двигателя покрывается за счет электромагнитного момента, а в тормозном - за счет моментов рабочей машины.
Момент холостого хода двигателя (Н*м):
. (7.4)
где, Мн - номинальный электромагнитный момент двигателя;
Мнв - номинальный момент на валу.
MH =808
MHв = = 758
ДМх = 808-758 = 50
Следовательно, статический приведенный момент в двигательном режиме
, (7.5)
Мс1 = 418+50 = 468 (Н*м)
Мс2 = 80+50 = 130 (Н*м)
в тормозном
. (7.6)
Мс1 = 267-50 = 217 (Н*м)
Мс2 = 51-50 = 1 (Н*м)
Приведенный к валу двигателя момент инерции
, (7.7)
где Jд - момент инерции ротора двигателя.
Jn=1.3*13. 5+ = 18.8 (кг*м2)
Угловое ускорение двигателя и динамический момент при пуске или торможении
; . (7.8)
здесь - угловое ускорение реечной шестерни при пуске или торможении.
?д=40*3=120 (рад/с2)
Мдин =120*18.8=2256 (Н*м)
Полный момент двигателя, необходимый для пуска или торможения с заданным ускорением:
; (7.9)
. (7.10)
Мn1=2256+334=2590 (Н*м)
Мn2=2256+64=2320 (Н*м)
Мm1= -2256+334 = -1922 (Н*м)
Мm2= -2256+64= -2192 (Н*м)
Таблица 5. Расчет нагрузочных и скоростных диаграмм
|
Движение рабочего органа |
Прямое |
Обратное |
||||||
|
Параметры |
Единица измерения |
Пуск |
Устано-вившийся режим |
Торможе-ние |
Пуск |
Устано-вившийся режим |
Тормо-жение |
|
|
ti |
c |
0,13 |
13.48 |
0,13 |
0.44 |
2,93 |
0.44 |
|
|
щpо |
рад/с |
4 |
17 |
|||||
|
?po |
рад/с2 |
40 |
40 |
40 |
40 |
|||
|
Мрос |
Н*м |
1673 |
323 |
|||||
|
Jpo |
кг*м2 |
31 |
31 |
31 |
31 |
31 |
31 |
|
|
Мрод |
Н*м |
1240 |
1240 |
1240 |
1240 |
|||
|
Мро |
Н*м |
3213 |
1673 |
1563 |
733 |
323 |
-917 |
|
|
ip |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
||
|
щд |
рад/с |
60.7 |
60,7 |
|||||
|
Мс |
Н*м |
334 |
64 |
|||||
|
Jn |
кг*м2 |
18.8 |
18.8 |
18.8 |
18.8 |
18.8 |
18.8 |
|
|
?д |
рад/с2 |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
|
|
Мдин |
Н*м |
2256 |
2256 |
2256 |
2256 |
|||
|
Мi |
Н*м |
2590 |
334 |
-1922 |
2320 |
64 |
-2192 |
Мi - значение моментов при пуске, установившемся режиме и торможении.
Проверка двигателя по нагреву осуществляется по величине эквивалентного момента
. (7.11)
МЭ = 647.2 (Н*м)
Условие выполняется: 647.2 Н*м ? 808 Н*м, следовательно выбранный двигатель подходит по нагреву.
8 РАСЧЁТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Анализ установившегося режима работы электропривода сводится к расчету и построению статических характеристик, которые должны обеспечить требуемые параметры технологического процесса. Кроме того, правильный выбор обратных связей в системе управления и исследование переходных процессов невозможно без знания статических характеристик.
Естественная характеристика может быть построена по каталожной кривой, а при ее отсутствии рассчитывается аналитически. Если не учитывать реакции якоря, то механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения линейны и определяются уравнением
. (8.1)
Расчет естественных характеристик проводится при номинальных параметрах, т.е. U = Uн, Ф = Фн, и сопротивление якорной цепи определяется только внутренним сопротивлением якоря двигателя
. (8.2)
щ= = 60.7 рад / с
Для естественной механической характеристики скорость холостого хода и жесткость характеристики
; , (8.3)
где K - конструктивный коэффициент двигателя; Rя - активное сопротивление обмоток якорной цепи собственно двигателя; Фн - номинальный магнитный поток.
щов= =62,8 (рад/с) вв= = 37
Тогда уравнение естественной механической характеристики
(8.4)
Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя постоянного напряжения представляет зависимость ЭДС преобразователя Ed от угла регулирования или угла открытия тиристоров и определяется выражением
(8.5)
где - максимальное значение ЭДС преобразователя при .
K = 1,17 - для трехфазной однополупериодной схемы выпрямления; K = 2,34 - для трехфазной двухполупериодной схемы выпрямления.
Еdo= 2,34* =277 (В)
Еd=277*cos 0,54=277*0.941=260 (B)
Внешняя характеристика тиристорного преобразователя зависит от падения напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя Rп и представляет зависимость напряжения преобразователя от тока якорной цепи:
Uя=Ed-IяRn (8.6)
Rn= = 0,173 (Ом)
скорость холостого хода при питании двигателя от преобразователя ;
(8.7)
щ0= = 74 (рад/с)
жесткость механической характеристики в разомкнутой системе управления.
(8.8)
вp= = 24
Механическая характеристика электропривода по системе тиристорный преобразователь - двигатель с разомкнутой системой управления
(8.9)
щ=74 - = 40 (рад/с)
Внешние и механические характеристики разомкнутой системы необходимо построить для установившихся режимов прямого и обратного движения механизма. При этом, ЭДС преобразователя определяется
(8.10)
где , Мci - значения установившейся скорости двигателя и приведенного статического момента при прямом и обратном ходе (i = 1; 2. 1 - для прямого хода, 2 - для обратного).
Еd1=3,5*4+(334 / 3,5)*(0,173+0,033)=33.65 (В)
Еd2=3.5*17+(64/ 3,5)*(0,173+0,033)=63.26 (В)
Угол регулирования для двух режимов работы определяют по регулировочной характеристике или по уравнению
(8.11)
б1=arccos = 1.44
б1=arccos = 1.34
9 ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИВОДА
В разомкнутых системах регулирования вследствие значительного перепада угловой скорости при изменении нагрузки на валу двигателя не удается обеспечить высокую точность регулирования.
Для расширения диапазона регулирования и повышения точности применяют замкнутые системы регулирования.
Многие производственные механизмы и в частности - металлорежущие станки для обеспечения заданного технологического процесса требуют поддержания скорости вращения с учетом необходимого диапазона и допустимой погрешности. Требуемая при этом жесткость механической характеристики электропривода может быть определена по заданному значению статизма или относительному перепаду скорости
(9.1)
где Мн - номинальный момент двигателя; - скорость двигателя в установившемся режиме при рабочем ходе.
Для большинства станков величина статизма = 0,03…0,1
вmp= =443
Для современных электроприводов . Поэтому для повышения жесткости механических характеристик используют замкнутые системы управления, т.е. системы автоматического регулирования скорости с обратными связями.
Наиболее простой замкнутой системой управления является система с обратной связью по напряжению на якоре двигателя. Применение данной системы возможно при условии . В данной функциональной схеме (рис. 9.1) использованы следующие обозначения: TV - трансформатор, UZ1 - реверсивный тиристорный преобразователь в цепи якоря, RP - делитель напряжения на якоре, Lср - сглаживающий реактор, М, LM - якорная цепь двигателя и обмотка возбуждения, UZ2 - тиристорный возбудитель, UV - датчик напряжения, А - суммирующий усилитель или регулятор напряжения, Uз - напряжение задания, СИФУ - система импульсно-фазового управления.
Рисунок 9.1 - Функциональная схема электропривода с обратной связью по напряжению на якоре
Рисунок 9.2 - Структурная схема с обратной связью по напряжению на якоре
На рис. 9.2 представлена структурная схема, в которой показана связь координат состояния системы между собой, задающим напряжением и с моментом сопротивления. Входящие в схему звенья имеют следующие параметры: Kу - коэффициент усиления суммирующего усилителя, Kтп - коэффициент усиления тиристорного преобразователя, Kдн - коэффициент усиления датчика напряжения.
Так как изменение Uз осуществляется в пределах 0…20 В, то величину Kдн можно принять Kдн = 0,05…0,1.
Коэффициент преобразования Kтп можно определить, если воспользоваться обобщенной статической характеристикой тиристорного преобразователя Ed = f(Uy) (рис. 9.3). При этом, коэффициент усиления вычисляется для линеаризованной характеристики
(9.2)
Kтп=277/9-2=39.6
Рисунок 9.3 - Статические характеристики тиристорного преобразователя
10 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
Рассчитанные выше коэффициенты преобразования звеньев структурной схемы дают возможность определить значения напряжений: Uз, Uос, Uвх, Uy, Ed, а также скорость двигателя в любом режиме работы.
Для установившегося режима работы при прямом и обратном движении механизма, т.е. при моменте нагрузки Mсi и скорости вращения необходимо определить:
ЭДС тиристорного преобразователя
(10.1)
Еd1=3,5*4+(334 / 3,5)*(0,173+0,033)=33.65 (В)
Еd2=3.5*17+(64/ 3,5)*(0,173+0,033)=63.26 (В)
напряжение на двигателе
(10.2)
Uя1=33.65-(334 / 3,5)*0,173=17.4 (В)
Uя2=63.26-(64/ 3,5)*0,173=60.1 (В)
напряжение обратной связи
(10.3)
Uос1=0,05*17.4=0.87 (В)
Uос2=0,05*60.1=3 (В)
напряжение управления тиристорным преобразователем
(10.4)
Uу1=33.65/39,6 =0.85 (В)
Uу2=63.26/39,6 =1.59 (В)
входное напряжение
(10.5)
Uвх1=0.85/10=0,085 (В)
Uвх2=1.59/10=0,159 (В)
напряжение задания
(10.6)
Uз1=0,085+0.87=0.95 (В)
Uз2=0,159+3 =3.16 (В)
Для найденного значения напряжения задания Uз следует рассчитать и построить механические характеристики электропривода с замкнутой системой управления для прямого и обратного движения используя следующие уравнения.
Для системы регулирования с контуром напряжения
(10.7)
щ1= - 808* =4 (рад/с)
щ2= - 808* =17 (рад/с)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте был проведен расчет и проектирование автоматизированного электропривода стола продольно-строгального станка по системе ТП-Д.
В соответствии с расчетными данными был выбран и проверен электродвигатель серии ПН-1750, мощностью 46 кВт. Для питания данного двигателя был выбран силовой трансформатор типа ТСП-25/0,4 УХЛ4, а также выбираем трехфазный мостовой тиристорный преобразователь типа ЭПУ-100/230.
В результате расчетов были построены: естественная механическая и электро механическая характеристики, искусственные механические характеристики, обеспечивающие выполнение технологических операций. Построены характеристики переходных процессов для момента М(t) и скорости щ(t). Окончательная проверка показала, что выбранный двигатель располагает достаточной перегрузочной способностью для выполнения необходимых технологических операций, и средняя температура нагрева не будет превышать допустимой в течении длительного времени работы.
Таким образом, выполненный курсовой проект соответствует объему задания, все вопросы раскрыты, результаты расчетов подтверждаются техническими условиями и таблицами. В разработанном проекте нашли отражение новые современные решения по проектированию систем электроприводов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Драчев, Г.И. Теория электропривода: Учебное пособие к курсовому проектированию. / Г.И. Драчев - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,2002.-137с.
2.Ключев, В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. / В.И. Ключев - М.: Энергоатомиздат. 1995.-560 с.
3.Типовые задания к курсовому проекту по основам электропривода / Томашевский Н.И., Шрейнер Р.Т. и др. - Свердловск: СИПИ, 1989. - 48 с.
4.Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. Евзеров, А.С. Горобец и др.; под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.
5.Комплектные тиристорные электроприводы :Cправочник/ И.Х. Евзеров, А.С. Горбец, Б.И. Мошкович и др.;/Под. ред.кан.техн.наук В.М. Перельмутера..-М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчёт и построение скоростной и нагрузочной диаграмм электропривода стола продольно-строгального станка. Определение расчётной мощности электродвигателя. Предварительная проверка по нагреву и перегрузочной способности. Выбор силового преобразователя.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 07.03.2012Выбор электродвигателя для электропривода стола фрезерного станка. Анализ динамических и статических характеристик электропривода. Определение возможных вариантов и обоснование выбора типа комплектного преобразователя. Анализ работы механизма подачи.
дипломная работа [905,3 K], добавлен 09.04.2012Выбор типа электропривода, узлов его силовой части. Проверка электродвигателя, разработка принципиальной электрической схемы силовой части. Расчет параметров математической модели силовой части электропривода. Регулятор тока, задатчик интенсивности.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.10.2008Выбор типа электропривода и электродвигателя. Расчет нагрузочной диаграммы электродвигателя. Проверка двигателя по нагреву. Принципиальная электрическая схема силовой части. Переход к системе относительных единиц. Передаточная функция регулятора тока.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.10.2008Расчет и выбор элементов силовой части электропривода. Принципы и обоснование выбора системы регулирования и ее элементной базы. Порядок проведения анализа статических и динамических свойств привода и составление его принципиальной электрической схемы.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 16.06.2013Расчет и выбор элементов силовой части электропривода. Построение статических характеристик разомкнутого электропривода. Синтез и расчет параметров регуляторов, моделирование переходных процессов скорости и тока электропривода с помощью MATLAB 6.5.
курсовая работа [903,7 K], добавлен 10.05.2011Предварительный расчет мощности электродвигателя, определение передаточного числа редуктора. Построение тахограммы и нагрузочных диаграмм, проверка двигателя по перегрузочной способности и мощности. Расчет и построение механических характеристик привода.
курсовая работа [440,8 K], добавлен 24.09.2010Методика разработки электропривода для механизма передвижения тележки. Порядок и обоснование выбора оптимальной системы управления с учетом технико-экономических показателей. Основные этапы проверки выбранной системы на отработку заданных перемещений.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.01.2010Основные требования к эксплуатации электрооборудования. Общий вид продольно-строгального станка, их виды и принцип действия. Объем и последовательность приемки данного оборудования. Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации электроустановок.
курсовая работа [668,2 K], добавлен 11.04.2012Описание металлической заготовки детали, выбор станка. Расчет и построение нагрузочной диаграммы главного электропривода. Проверка электродвигателя главного электропривода по нагреву. Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода подачи.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 12.04.2015Конструкция двухстоечного продольно-строгального станка 7Г228Ф11. Требования к электроприводу главного движения. Расчёт электродвигателя по нагреву и проверка результатов с помощью компьютерной программы. Выбор типового тиристорного преобразователя.
курсовая работа [864,4 K], добавлен 18.01.2013Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода поперечной подачи токарно-винторезного станка. Анализ кинематической схемы механизма. Разработка расчётной схемы механической части электропривода и определение её параметров.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 09.04.2012Определение параметров и проектирование расчетной схемы механической части электропривода. Выбор комплектного преобразователя и датчика координат электропривода. Разработка программного обеспечения для компьютерного моделирования электропривода.
курсовая работа [845,8 K], добавлен 25.04.2012Анализ система электропривода и выбор рациональной системы для типа ТПМ. Расчет основных параметров насоса и двигателя. Построение технологических характеристик механизма. Проектирование типовой схемы силовых цепей управления системы электропривода.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 18.05.2012Кинематический и силовой анализ рычажного механизма поперечно-строгального станка. Методика определения уравновешивающей силы методом рычага Жуковского. Особенности проектирования планетарного редуктора. Анализ комбинированного зубчатого механизма станка.
курсовая работа [114,4 K], добавлен 01.09.2010Предварительный выбор двигателя, его обоснование и проведение необходимых расчетов. Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы. Проверка двигателя по нагреву и на перегрузочную способность. Разработка принципиальной электрической схемы электропривода.
курсовая работа [823,5 K], добавлен 10.05.2014Разработка разомкнутой системы электропривода рабочего механизма (подъем стрелы карьерного гусеничного экскаватора). Выбор двигателя и определение каталожных данных. Расчет сопротивлений реостатов и режимов торможения. Проверка двигателя по нагреву.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 13.08.2014Описание конструкции продольно-строгального станка модели 7116. Расчет открытой и закрытой цилиндрической прямозубой нереверсивной передачи. Устройство и принцип работы четырехрезцового блока. Расчет трудоемкости ремонта и технического обслуживания.
дипломная работа [104,6 K], добавлен 21.02.2016Расчет реверсивного комплектного автоматического электропривода и обоснование замены устаревшей программы управления на станке с числовым программным управлением. Осуществление проверки работоспособности модернизированного электрооборудования станка.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 05.09.2014Проектирование зубчатого, кулачкового и рычажного механизмов поперечно-строгального станка. Синтез кривошипно-кулисного механизма и трехступенчатого редуктора с планетарной передачей; построение диаграмм перемещения; алгоритм определения размеров кулачка.
курсовая работа [371,4 K], добавлен 14.01.2013
