Расчет системы управления комплектного электропривода

					6.050702.4371.14.КП
Зм	Лист	№ Докум.	Підпис	Дата
					Проектування електропривода подачі металорізальних верстатів	Лит	Лист	Листів
Студент		Малина В.В.						37
						НУК
Викладач		Васильєв О. Г

 

					7.05070204.5371	Лист
Зм	Лист	№ Докум.	Підпись	Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

Вступ_____________________________________________________ 4

1. Технологічні вимоги до приводів подач ________________________5
2. Вибір двигуна і комплектного електропривода __________________6
1. Вихідні дані ____________________________________________7
2. Вибір двигуна___________________________________________7
3. Вибір типу електропривода_______________________________12
4. Розрахунок параметрів тиристорного перетворювача_________ 13
3. Розрахунок індуктивності реакторів___________________________16
1. Обмеження струму при однофазному перекиданні інвертора___17
2. Обмеження струму через тиристори при короткому замиканні на стороні постійного струму________________________________19
3. Обмеження зони переривчастих струмів___________________ 20
4. Згладжування пульсацій випрямленого струму______________21
4. Розрахунок параметрів об'єкта керування для аналізу динамічних властивостей системи ______________________________________ 22
5. Розрахунок параметрів регулятора і елементів контуру регулю-

вання струму якоря у системі підпорядкованого регулювання __23

5.1. Налагодження  регулятору струму_______________________27 

5.2. Розрахунок  параметрів регулятора струму _______________29        

6. Розрахунок параметрів регулятора й елементів контуру регулювання швидкості      ______________________________________________30                  
7. Статичні характеристики замкненої і розімкненої систем ________ 32
8. Динамічні характеристики __________________________________ 33

Висновок ________________________________________________  36

Перелік посилань __________________________________________37

 

 

 

 

 

Вступ

 

Курсовий проект з дисципліни СКЕП виконується з метою придбання  навичок проектування електроприводів  технологічних установок і уміння застосовувати на практиці отримані знання. Завданням передбачається проектування систем управління електроприводів  подач металорізальних верстатів  з метою забезпечення необхідних показників.

При виконанні проекту на підставі вимог до статичних і динамічних характеристик електропривода (ЕП) подач сучасних металорізальних  верстатів треба обґрунтувати вибір  структури СКЕП, і по заданих технологічних  параметрах приводу подач самостійно вирішити питання вибору комплектного електропривода, розрахунку основних параметрів СКЕП, у тому числі регуляторів, настроювання яких повинно виконуватися з метою одержання необхідних показників якості. Показники якості визначаються по статичних і динамічних характеристикам спроектованої  СКЕП. Динамічні характеристики одержують  шляхом дослідження математичної моделі СКЕП на ПЕОМ.

 

 

 

1. Технологічні вимоги до приводів подач

 

У електроприводах подач двигун здійснює переміщення інструмента  або заготовки для забезпечення процесу різання. Подача на верстатах  здійснюється різноманітними засобами, але найбільше поширення одержав  привод із високомоментним двигуном постійного струму зі збудженням від  постійних магнітів. Такий двигун встановлюється безпосередньо на ходовий  гвинт, що істотно скорочує механічну  частину приводу, зменшує його момент інерції і підвищує коефіцієнт корисної дії (ККД). У зв'язку з цим знижується навантаження на двигун при холостих ходах і зростає складова від  сил різання в загальному навантаженні приводів подач.

 

 

 

Зростання складової від сил  різання в загальному навантаженні на привод подачі збільшує коливання  навантаження при різанні, що посилює  вимоги до статичної (S<20%) і динамічної жорсткості приводу подач. Через незадовільні динамічні властивості регульованого електропривода, особливо при збурюванні по навантаженню, з'являється шорсткість поверхні, тому дуже важливо забезпечити високу швидкодію приводу при скиданні навантаження, а також при реверсі двигуна під навантаженням на найменших частотах обертання. Для ЕП подач зміна частоти обертання при накиданні і скиданні навантаження 0,5М_н щодо рівня 0,5М_н не повинно перевищувати 100% при n = 0,001n_н і час відновлення 100 мс. Час реверсу під навантаженням М_н і n = 0,001n_н не більше 0,5 с. Час пуску і гальмування подач верстатів із числовим програмним керуванням (ЧПК) з приведеним моментом інерції механізму, рівним моменту інерції двигуна, не повинен перевищувати 0,1 с.

Час перехідних процесів можна значно знизити при пуску з підвищенням  напруги на якорі і забезпеченням  максимально припустимого струму для  поточного значення частоти обертання  у всьому діапазоні її зміни. Тому перетворювачі 

 

повинні мати великий запас по напрузі  стосовно номінальної напруги двигуна, а також систему залежного  струмообмеження, що забезпечує автоматичну  зміну розміру уставки струму, зменшуючи її у міру збільшення частоти  обертання двигуна. Це пов’язано  з характеристиками високомоментних  двигунів, що припускають великі кратності  струму (6–8) I_н тільки при малих частотах обертання і в міру зростання швидкості потребують зниження перевантаження через умови комутацій. Характер перехідного процесу по керуючому впливу впливає на ідентичність параметрів при обробці партії деталей. При аперіодичному перехідному процесі і переміщенні в один бік не відбувається розкриття люфтів у механічних вузлах, а також відсутній вплив гістерезиса, що призводить до суттєвого підвищення стабільності і точності обробки.

Забезпечення необхідних статичних  і динамічних характеристик приводу  подач, забезпечення оптимального закону обмеження струму, що найкраще реалізується в двоконтурній системі підпорядкованого регулювання параметрів із П –  або ПІ-регуляторами струму і швидкості. Для підвищення продуктивності верстатів  переміщення виконавчих органів  у зону обробки здійснюється на швидких  ходах тими ж електроприводами подачі, що короткочасно працюють на частотах обертання вище номінальних, за рахунок  подачі на якір двигуна напруги, вище номінальної. Збільшення швидкості  швидких переміщень до 10 м/хвл і зниження швидкості установочних переміщень для верстатів із ЧПК потребує значного діапазону регулювання (до 10000: 1).

 

 

2. Вибір двигуна і комплектного електропривода

 

2.1 Вихідні данні

Вихідні данні до курсового проекту:

еквівалентний момент на валу двигуна  ;

швидкість швидкого ходу робочого органу механізму подачі  

;

швидкість мінімальної робочої  подачі ;

крок ходового гвинта ;

маса вузла, що лінійно переміщується  ;

середній діаметр ходового гвинта ;

довжина ходового гвинта ;

стала часу фільтра датчика струму ;

стала часу фільтра датчика швидкості  .

 

2.2Вибір двигуна

Початковим етапом розрахунку приводу  є вибір виконавчого двигуна. Від правильного вибору двигуна  залежить забезпечення всіх технологічних  режимів обробки і необхідних динамічних характеристик, а також  конструкція механічної частини  приводу.

Відсутність силового редуктора обумовила  зниження загального моменту інерції  механізму і збільшення припустимого для приводу за умовами механічної тривалості прискорення. Це забезпечило  скорочення часу перехідних процесів, збільшення продуктивності верстатів, поліпшення якості обробки внаслідок  підвищення швидкодії всієї електромеханічної  системи приводу подачі як по керуючому  впливу, так і по навантаженню.

Основними вихідними даними для  вибору двигуна служать:

• циклограма навантаження двигуна при роботі механізму, на підставі якої визначається еквівалентний момент на валу двигуна;
• передатне відношення механічних ланок приводу (коробки передач, гвинтової пари, передачі рейка-шестірня);
• швидкості швидкого ходу і діапазон робочих подач;
• сила тертя в опорах;
• маса, що переміщується (органа приводу разом із деталлю або інструментальним магазином);
• моменти інерції механічних ланок;
• ККД механічних передач;
• припустимі для механізмів прискорення і необхідний час перехідних процесів.

Крім того, для правильного вибору двигуна необхідно знати закони його регулювання й управління в  перехідних режимах. Як правило, у механізмах подач регулювання швидкості  двигуна здійснюється при постійному моменті зміною напруги на якорі. Закон управління при розгоні  і гальмуванні реалізується системою управління верстатом або пристроєм  числового програмного керування (ПЧПК). Найбільш поширеними законами управління є стрибкоподібний і лінійно-змінний, проте можливі й інші форми  сигналів, що задають.

Частота обертання двигуна визначається по швидкості переміщення робочих  органів верстата і передатного  відношення механічної передачі.

Так як двигун встановлений на ходовий  гвинт, то передатне число редуктора, i_p=1.

Необхідна максимальна частота  обертання двигуна:

 

 

 

Частота двигуна при мінімальній  робочій подачі:

 

 

 

2.3 Визначення моментів інерції

Визначаємо масу переміщуваної  деталі:

 

 

 

Момент інерції вузла, що поступально  переміщується, приведений до валу двигуна:

 

 

Момент інерції ходового гвинта, приведений до валу двигуна:

Густина сталі:

 

 

Момент інерції зубчатої передачі, приведений до валу двигуна:

 

Сумарний момент інерції механізму:

 

 

 

2.4 Визначення моментів двигуна

Складова від зусилля різання  уздовж осі Oi:

ККД механічної передачі гвинт –  гайка:

ККД механічної передачі гвинт-гайка  при установці двигуна на ходовий  гвинт:

 

Момент на валу двигуна від сили різання:

 

 

 

Коефіцієнт тертя залежить від  матеріалу тертьових поверхонь  і їхнього змащення для напрямних  ковзання, від конструкції напрямних  і їхнього попереднього натягу для  напрямних котіння і комбінованих. Звичайно для напрямних ковзання зі змащенням при змішаному терті  коефіцієнт тертя приймають f_тер = 0,1.

Момент тертя в напрямних  вузлів верстата, що переміщуються  в горизонтальній площині:

 

 

 

Додатковий момент на валу двигуна  від повної або неврівноваженої  частини 

сили тяжіння  вузлів, що переміщуються:

 

Статичний момент на валу двигуна  від сил різання і тертя:

 

 

 

При повторно-короткочасному режимі двигун вибирається не по М’_ст, а по моменту:

 

 

 

де ТВ=80% (тривалість включення).

Обираємо двигун типу ПБСТ-33МУ, що має наступні технічні данні:

 

Таблиця 2.

Номінальний момент, Нм	10,4
Номінальна частота обертання, об/хв	1500
Максимальна частота обертання в  тривалому режимі, об/хв	3750
Номінальний струм, А	14,545
Номінальна напруга, В	110
Момент інерції якоря, кг м2	0,032
Опір обмотки якоря при 15 ̊С, Ом	0,25
Опір обмотки додаткових полюсів  при 15 ̊С, Ом	0,28
Індуктивність обмотки якоря, мГн	0,005
ККД, %	82,4
Потужність номінальна, кВт	1,6
Потужність максимальна, кВт	2,2

2.5 Вибір типу електропривода

Вибір комплектного електропривода для  приводу подач верстата відбувається за:

1) I_n – номінальному струму електропривода (ЕТУ – 3601) або по номінальній потужності використовуваного двигуна (ЕТ6);

2) U_n – номінальній напрузі електропривода

U_н.п >U_max,

де U_max – максимальна напруга на двигуні, необхідна для забезпечення n_max при швидкому переміщенні робочого органа.

Обираємо електропривод типу ЕТУ-3601 3620 з параметрами:

  А;   кВт;

До складу електроприводів, призначених  для станків, включаються електродвигун  з вмонтованим тахогенератором, ТП з СІФУ, системи управління і  регулювання, автоматичний вимикач, трансформатор  живлення, сгладжуючий реактор. На рис. 1 приведена функціональна схема електропривода серій ЕТУ 3601.