Модернизация существующей системы электроснабжения

            Как видно из перечисленных  требований совмещение всех их  в одном устройстве принципиально  не возможно. Поэтому при проектировании  и применении станочных приводов  в каждом конкретном случае  удовлетворение одним требованиям достигается в ущерб другим.

 

6.  Обоснование модернизации

 

            Шпиндель, система охлаждения, смазки и вентиляции работают от асинхронных двигателей и являются неуправляемыми.

            По истечении лет электрооборудование отработало свой ресурс и вышло из строя.

            Нехватка финансовых средств  на предприятии обуславливает  неполную замену станка, а лишь  отдельные его части: замена шагово-гидравлического привода.

             Основными недостатками привода являются: низкие динамические показатели.

            В качестве  приводов подач  в станках с ПУ, в настоящее время, большое применение, находят тиристорные преобразователи (ТП).

            Основное преимущество ТП – высокий КПД (95 – 99%) и высокое быстродействие (они практически безинерционы), ремонтопригодность.

 

 

 

 

 

 

2 Расчетная часть

2.1 Выбор двигателя  и преобразователя

 

Для выбора мощности ЭД необходимо рассчитать силы, которые действуют на заготовку и режущий инструмент. На рисунке 2 представлен схематический процесс обработки с размещением сил резания.

Рисунок 2 – Схематический процесс обработки

Воспользуемся методикой  расчета, которая применяется при  конструировании ЭП подач станков.

Произведем расчеты  для выбора двигателя привода  подачи по координате Z для нахождения момента сопротивления на валу двигателя и требуемой мощности.

Фактическая мощность ЭД определяется по формуле:

                                 

,                                            (1)

где n_ном- номинальная частота вращения ЭД, мин^-1;

М_v- суммарный момент сопротивления перемещению, приведенный к валу двигателя, Нм.

Величина момента М_z рассчитывается по формуле

                                         ,                                               (2)

где F_v- тяговая сила, необходимая для преодоления сил полезного сопротивления, Н;

h_s- шаг винта, принимаем h_s=0.02м;

- КПД редуктора, - передаточное число редуктора, т.к. редуктор убирается из модернизированного станка, то принимаем , .

Сила F_v определяется по формуле:

                                     ,                                                  (3)

где K_п- коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента, который возникает вследствие несимметричного приложения силы подачи, для суппортов горизонтально – расточных станков принимаем К_п=1.1;

P_z- составляющая сила резания, действующая в направлении подачи, Н;

F_c- сила трения в направляющих, определяется по формулам, рекомендуемым нормалью станкостроения Н48-61:

                        ,                                              (4)

где Q_c- вес суппорта:

                                      ,                                                         (5)

=1300·9.84=12,7кН

          f=0.01 приведенный коэффициент трения;

P_y, P_z- составляющие силы резания Н, определяются по предложенным режимам резания базового ТП.

Рассчитаем силы резания  по формуле:

              ,                                               (6)

где t- глубина резания, t=0.02м;

s- подача, s=2мм/об;

C_p, x, y, n- постоянные коэффициенты и показатели степени для расчетных условий, которые соответственно равны: 339, 0.5, 0.55, 0.5;

K_p- поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, K_p=1.1;

 

 

 

v - Скорость резания, v=15м/мин.

Осевая сила резания  составляет:

Тангенциальную P_z и радиальную P_y составляющие силы резания определяем из соотношения:

                         P_x: P_y: P_z= 1: 0.4: 0.25,                                                      (7)

отсюда P_х=1,16 кН; P_y= 0,725 кН.

Таким образом, необходимая  тяговая сила составляет:

Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя:

.

Рассчитанное значение момента используем для определения  серии ЭД.

Расчетное значение требуемой  мощности ЭД:

кВт.

Определив момент сопротивления  на валу двигателя, требуемую мощность привода подач с номинальным вращающим моментом М_н=10,5 Нм, частотой n_н=1500 об/мин и расчетным значением мощности           выбираем привод взамен старого АОЛ-11.Проанализировав возможные варианты принимаем решение установить тиристорный преобразователь серии КЕМРОН исходя из следующих данных.

            Основное преимущество ТП –  высокий КПД (95 – 99%) и высокое  быстродействие (они практически  безинерционы), возможность управления , ремонтопригодность.

            Применение  ТП  в электроприводе  главного движения позволит:

– улучшить удельные энергетические показатели на 50%;

– достичь повышенной управляемости и быстродействия объекта регулирования;

– уменьшить габариты и массу;

– сократить число  сбоев оборудования, вследствие своей  высокой надежности и меньшего диапазона изменения своих параметров в случае непостоянства температуры.

Выбираем преобразователь  тиристорный с частотным управлением  двигателем постоянного тока.

 

2. Назначение, технические данные и устройство электропривода КЕМРОН

 

   Электроприводы типа «Кемрон» находят широкое применение в приводах подач металлорежущих станков благодаря высоким статическим и динамическим характеристикам, а также большому количеству типоразмеров (от 1,5 Нм до 170 Нм).

В комплект привода входят:

- тиристорный преобразователь;

- высокомоментный двигатель- постоянного тока со встроенными тахогене-ратором, резольвером, электромагнитным тормозом и позистором;

- силовой трансформатор;

- уравнительные дроссели;

- быстродействующие силовые предохранители.

Наличие тормоза, резольвера и величины передаточного отношения к нему определяются, заказчиком, так же как и количество координат при одном общем силовом трансформаторе. Он представляет собой однокоординатный модуль, выполненный по блочной конструкции, обеспечивающей свободный доступ ко всем элементам и контрольным точкам.

Комплектные электроприводы с высокомоментными электродвигателями постоянного тока типа 23МВН2СР-М(1М).

- номинальный момент (длительный) 23Нм

- номинальная частота вращения 750   мин

- максимальная частота вращения 1500 мин

- полоса пропускания частот ≥20 Гц

- номинальный ток 40А

- максимальный кратковременный ток      250А

- коэффициент неравномерности при

= 0.15 мин -1 ≤0,3

- среднее ускорение  1300/2000 рад/сек

- управляющие напряжение при максимальной частоте вращения ±10V

- пульсации управляющего напряжения ±2%

- напряжение питания 3 ~ 38ОV

-частота напряжения  питания 50Н2 + 2% 
Тиристорный преобразователь типа 4AEBL6.

- Напряжение питания 205V

- максимальное выпрямленное напряжение 160V

- номинальный ток 40А

- максимальный кратковременный ток ,      250

- управляющее напряжение ; О-10V

- пульсации управляющего напряжения       ≤2%

- масса                                                   11 кг 
Силовой трансформатор7,7-380/205  

Технические параметры

- Номинальное входное напряжение (V)  3-380

- Допустимое отклонение +10..-15

- Частота сети  50 ± 2%

- Номинальное линейное выходное напряжение 205

- Номинальная мощность (кYA)   7,7   

Описание работы преобразователя

Преобразователь выполнен по двухконтурной схеме подчиненного регулирования с регуляторами скорости и тока. Управление преобразователем — согласованное нелинейное на низких скоростях и раздельное на высоких скоростях (более 300 об/мин). Предусмотрено адаптивное управление коэффициентами усиления контура скорости на низких скоростях.

Большое число электронных  защит исключает выходы из строя  элементов преобразователя в  аварийных ситуациях.

Блок-схема привода приведена   на рисунке   3, где   PC — регулятор   скорости;

РТ—регулятор тока- РУТ — регулятор уравнительного тока; ИНВ — инвертор; СИФУ — система импульсно-фазового управления; АР—адаптивный регулятор; КЗ — корректирующее звено; ФП — функциональный преобразователь нелинейного токоограничения; ПЭ — пороговый элемент; НТО— нелинейное токоограничение; ОС — защита от превышения максимального тока; OL — защита от длительной перегрузки; OS — защита от превышения максимальной частоты вращения; TG—защита от обрыва цепи тахогенератора; СР — защита от обрыва фазы и неправильного чередования фаз; БЗ— блок защиты; ТР — силовой трансформатор; ТП — тиристорный преобразователь; Я — двигатель; ТГ — тахогенератор; L — уравнительные дроссели; Sh—шунт  (датчик тока); БП— блок питания.

Приступим к подробному описанию принципиальной схемы привода.

Силовая схема (рисунок 4) преобразователя выполнена по реверсивной шести-пульсной однополупериодкой схеме выпрямления с уравнительными дросселями. Такая схема обеспечивает высокую полосу пропускания привода (до 40 Гц) и высокие динамические свойства, что оправдывает ее повышенную сложность.

Силовой трансформатор  осуществляет согласование напряжения электродвигателя с напряжением сети питания. Обмотки трансформатора включены по схеме «треугольник — двойной зигзаг», чем достигается исключение потока вынужденного намагничивания и, как следствие, экономия стали. Векторная диаграмма напряжений  силовой части приведена на рисунке 4.

Следует сделать некоторые  пояснения к маркировке выводов силового трансформатора и построению векторной диаграммы. Применен трехфазный трансформатор с четырьмя обмотками на каждом стержне. Маркировка обмоток, расположенных на одном стержне, имеет однотипные буквы, например, первого стержня:

(А—X) — первичная обмотка;

(а—х, а1—х1, а2—х2) — вторичные обмотки.

Рисунок 3 - Блок-схема привода «Кемрон»

Рисунок 4 - Силовая схема

Соединения в точках а2—b2—с2, сделаны внутри намотки и недоступны при эксплуатации.

Пофазный принцип маркировки выводов вторичной обмотки трансформатора может вызвать затруднения при анализе фазировок силового напряжения и управляющих импульсов СИФУ, поэтому на рисунке 5 указано двойное обозначение. Физической прямой последовательности фаз R—S—Т—R—S—Т шестипульсиого напряжения соответствует последовательность Z1—Z—Х1—X—Y1—Y по фактическим обозначениям на выводных клеммах силового трансформатора.

При   монтаже   привода   к   выводам   выпрямителя   1, 2, 3 подключаются   инверсные фазы R, S, Т (или X, У, Z), а к выводам 4, 5, 6   прямые  фазы  R, S, Т

(или Z1, X1, Y1) соответственно.

Для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений они охвачены RС-цепочками. Общая защита выполнена на быстродействующих предохранителях во вторичной цепи силового трансформатора.

Регулятор скорости (рисунок 6) представляет собой пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор и выполнен на трех операционных усилителях с раздельной регулировкой  коэффициентов пропорционального усиления и времени интегрирования.

Первый каскад, на микросхеме ИС62, осуществляет пропорциональное усиление, второй каскад, на микросхеме ИС63,— регулирование времени интегрирования, и третий каскад, на микросхеме ИС64,— суммирование ошибки и ее интеграла. Регулятор скорости инвертирует входной сигнал (рисунок 7). Предусмотрен «ключ» на встречно включенных полевых транзисторах Т106—Т107, блокирующий регулятор скорости при срабатывании защиты. Он же создает нулевые начальные условия интегрирования при первоначальном включении привода. В цепи обратной связи по скорости предусмотрено корректирующее звено (С247, R353), поз-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок. 5 - Векторная диаграмма силовых напряжений

 

Рисунок 6 - Регулятор скорости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 - Диаграмма работы PC

подстраивать ускорение  и уменьшить перерегулирование (рисунок 8). Параметры RС-цепочки подбираются иа заводе-изготовителе для конкретного приводного двигателя.

Наладочное сопротивление R423 позволяет сделать регулятор  пропорциональным, что полезно при первоначальном пуске привода.

Назначение регулировочных потенциометров следующее: