Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Обзор литературных источников

1.1 Состояние вопроса и постановка задачи

На металлургическом производстве на продольно-строгальных станках стоят двигатели постоянного тока (ДПТ). При использовании асинхронных двигателей (АД) мы уменьшим расходы на электроэнергию (так как АД имеют более высокий кпд и потребляют намного меньше реактивной мощности). Также мы снизим расходы на ремонт и обслуживание, так как главный недостаток ДПТ - наличие щёточно-коллекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность машины.

С развитием силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники в последние 15-20 лет стало возможным создание устройств частотного регулирования электроприводов с асинхронными двигателями. Эти устройства позволили экономично и точно управлять скоростью и моментом двигателя, избавиться от дросселирования производительности насосов и вентиляторов при помощи вентилей и заслонок, от применения неэкономичных гидромуфт, а также сложных и дорогостоящих приводов постоянного тока.

Электрический двигатель приводит в движение рабочий механизм РМ (насос, вентилятор, конвейер, питатель и т.п.). Преобразователь частоты ПЧ представляет собой статическое электронное устройство, которое управляет электрическим двигателем. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с регулируемыми частотой и амплитудой.

Частотно-регулируемый привод (ЧРП) состоит из асинхронного электрического двигателя М и преобразователя частоты ПЧ (рис. 1.1):



Рис. 1.1. Общая структура ЧРП

Регулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя основано на изменении частоты вращающегося магнитного поля, создаваемого статором двигателя.

1.2 Классификация строгальных станков

Строгальный станок - металлорежущий станок для обработки строгальными резцами горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей с прямолинейными образующими.

Различают поперечно-строгальные и продольно-строгальные станки.

Главное движение строгального станка - прямолинейное возвратно-поступательное. У поперечно-строгального станка оно сообщается резцу, закрепленному в суппорте, у продольно-строгального станка - столу, на котором устанавливается изделие. Резание производится во время рабочего хода, затем следует холостой ход (с более высокой скоростью), при котором резец (или изделие) возвращается в первоначальное положение. Скорость главного движения остается постоянной у всех продольно-строгальных станков и поперечно-строгальных станков с гидравлическим приводом и меняется (от нуля до максимальной и вновь до нуля) у поперечно-строгальных станков с приводом от кулисно-кривошипного механизма. В конце каждого холостого хода осуществляется движение подачи (в поперечном направлении относительно направления главного движения). У поперечно-строгальных станков оно сообщается столу и закрепленному на нём изделию, у продольно-строгальных - резцу, закрепленному в суппорте. На поперечно-строгальных станках обрабатывают мелкие и средние изделия, на продольно-строгальных - относительно крупные изделия или одновременно несколько средних изделий, а также изделия с узкими длинными поверхностями, главным образом в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Из-за холостого хода невыгодно использование строгальных станков в крупносерийном и массовом производстве, где они заменяются фрезерными, протяжными, шлифовальными станками.

Продольно-строгальный станок предназначен для строгания металлических заготовок. Главным формообразующим движением является возвратно-поступательное движение стола. Вспомогательными - движение резца на величину подачи вниз и движение каретки на величину подачи влево, а также движение откидывания резца, исключающее волочение инструмента по детали во время обратного хода.

Современные строгальные станки имеют ЧПУ, обладают высокой надёжностью и производительностью. Для предотвращения простоев из-за отсутствия работы устанавливается дополнительная фрезерно-расточная бабка. Чаще всего на строгальных станках концентрируется только обдирочная работа и работа, возможная только данным типом станков, например прорезка длинных Т-образных пазов.

2. Технологическая часть

2.1 Описание технологического процесса

Снятие стружки происходит в течение рабочего (прямого) хода, при обратном движении резец поднят, а стол перемещается на повышенной скорости. Подача резца производится периодически от индивидуального привода во время холостого хода стола в прямом направлении. Поскольку при строгании резец испытывает ударную нагрузку, то значения максимальных скоростей, строгания не превосходят 75-120 м/мин (в отличие от скоростей точения и шлифования 2000 м/мин и более). Под скоростью строгания (резания) понимают линейную скорость V_пр перемещения закрепленной на столе детали относительно неподвижного резца на интервале рабочего хода стола. При этом скорость входа резца в металл и скорость выхода резца из металла в сравнении со скоростью строгания ограничиваются до 40% и менее в зависимости от обрабатываемого материала, чтобы избежать скалывания кромки. Указанные обстоятельства ограничивают производительность и для ее повышения остается только сократить непроизводительное время движения: обратный ход осуществляется на повышенной скорости V_об > V_пр, а пускотормозные режимы при реверсе принимают допустимо минимальной продолжительности. Хороший эффект в этом дает двухдвигательный привод. Он должен быть управляемым по скорости, поскольку для различных материалов (в соответствии с технологией обработки и свойствами материалов) используются различные оптимальные или максимально допустимые скорости строгания; кроме того, движение характеризуется различными скоростями на разных интервалах времени рабочего цикла, высокой частотой реверсирования с большими пускотормозными моментами. Применяют двух- и однозонное управление скоростью.

Описание технологического процесса:

1. Из исходного положения (стол в крайнем заднем положении, откидывающее устройство опущено) стол на сниженной скорости движется вперёд до момента врезания резца в металл.

2. Скорость возрастает до скорости рабочего хода и проходит основную часть пути.

3. Для выхода резца скорость опять снижается до пониженной, стол движется дальше до точки, когда резец заведомо выйдет из детали.

4. Откидывается резец.

5. Стол идёт на максимальной скорости (70 м/мин) назад до крайнего заднего положения, а в это время осуществляется подача резца вниз и влево.

6. Откидывающее устройство опускается.

7. Цикл повторяется, пока заготовка не будет полностью обработана.

Общий вид продольно-строгального станка 7А 212А приведен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Общий вид продольно-строгального станка

2.2 Технические данные станка и кинематики

Технические данные стола и кинематических передач

Число зубьев ведущей шестерни первого редуктора Z1	20
Число зубьев ведомой шестерни первого редуктора Z2	60
Число зубьев ведущей шестерни второго редуктора Z3	24
Число зубьев ведомой шестерни второго редуктора Z4	80
Число заходов червяка Z	9
Модуль червячной шестерни m, м
Углы червячной передачи	35°, 15°
Коэффициент полезного действия червячной передачи, з1	0,8
Коэффициент полезного действия редукторов, з2	0,9
Коэффициент трения стола о направляющие, µ	0,052

Рассчитаем радиус приведения и передаточное число редуктора.

Передаточное отношение редуктора i:

- число зубьев шестеренок, ,

Определим радиус приведения с, м:

Z - число заходов червяка, Z=9;

m - модуль червячной шестерни, ;

i - передаточное отношение редуктора, i=10;

- углы червячной передачи, ;

Технические данные продольно-строгального станка 7А 212А

Параметр	Единица измерения	Величина
Наибольшие размеры обрабатываемого изделия	Ширина	мм	2000
	Длина	мм	6000
Наибольшее расстояние от стола до поперечины	мм	1820
Наибольшая высота резца	мм	100
Наибольший допускаемый вес обрабатываемого изделия	кг	20000
Наибольшее усилие резания	кг	15000
Вес стола	кг	9867
Предел скоростей стола	Рабочего хода	м/мин	1.5-70
	Обратного хода	м/мин	1.5-70
Число суппортов	шт	4
Пределы подач вертикальных суппортов	По горизонтали	мм/дв. ход	0.5-50
	По вертикали	мм/дв. ход	0.25-25
Пределы подач боковых суппортов	По горизонтали	мм/дв. ход	0.25-25
	По вертикали	мм/дв. ход	0.5-50
Наибольшая длина перемещения ползунов вертикальных и боковых суппортов за пределы поперечины и стойки	мм	400
Расстояние между стойками	мм	2150
Наибольший угол поворота ползунов суппортов	Бокового правого	градусы	+-60
	Бокового левого	градусы	+-45
Поворот плиты резцовой головки	градусы	+-30
Габариты станка	Длина	мм	14140
	Ширина	мм	6000
	Высота	мм	4850
Масса станка	кг	68663

2.3 Требования к электроприводу

Требования к электроприводу вытекают из хода технологического процесса и условий эксплуатации электропривода.

1. Диапазон регулирования скорости определяется отношением работы привода в режимах работы: холостом ходу двигателя, т.е. движение установки в первоначальное положение без нагрузки при максимальной скорости и работы двигателя под нагрузкой при непосредственной резке заготовки.

2. Плавность регулирования скорости. Электропривод подачи по плавности не предъявляет особых требований.

3. Стабильность регулировочной характеристики. К регулировочной характеристике привода предъявляются высокие требования.

4. Точность остановки. Для электропривода подачи стола необходима точная остановка только в заданных крайних положениях работы: начало резки, конец резки. Ограничение хода движения, в итоге резания, определяется программой установки, которое задается оператором на пульте. Но в аварийном режиме и при любых нестандартных ситуациях, в конце движения располагается электрический конечный выключатель и механическая блокировка.

5. Способ торможения. Данный привод работает в режиме S8 с периодическими торможениями. Следовательно, возможно применить торможение с рекуперацией энергии в сеть.

6. Жесткость характеристики установившегося значения. В электроприводах подач необходимо обеспечить статизм системы не более S=1%.

7. Длительность переходных процессов составляет примерно треть от времени двойного хода.

8. Экономические показатели электропривода. Установка на привод оптимального оборудования по мощности и быстродействию, снижение энергопотребления, вследствие малой нагруженности двигателя и системы в целом.

2.4 Выбор рода тока и типа электропривода подачи

При проектировании электропривода большое значение имеет выбор рода тока и типа электропривода, так как от этого зависит надежность работы и производительность машины, экономичность и удобство обслуживания.

Электропривод подачи работает в режиме S8, что соответствует продолжительному режиму работы: режим работы без пауз.

Также привод должен обеспечивать достаточно большой диапазон регулирования и высокую точность.

До недавнего времени такой режим работы мог обеспечить только привод постоянного тока, который обладает следующими достоинствами, в сравнении с приводом переменного тока:

· двигатели постоянного тока имеют более высокую перегрузочную способность, достигающую трех-, четырехкратной величины номинального момента, а у двигателей переменного тока она не превышает 2,5 кратной величины номинального момента;

· при малых статических моментах двигатель постоянного тока развивает большую скорость, чем асинхронный двигатель, тем самым увеличивается быстродействие и производительность механизма;

· двигатель постоянного тока легче переносит перепады нагрузки;

· электрическое торможение двигателей постоянного тока осуществляется проще и дает лучшие технико-экономические результаты;

· простота систем управления машин постоянного тока.

При всех этих достоинствах, привода на постоянном токе обладают рядом недостатков:

· привод постоянного тока работает с низким коэффициентом мощности;

· система электропривода является генератором высших гармоник в сеть;

· стоимость двигателя постоянного тока превосходит стоимость асинхронного двигателя;

· большие затраты на ремонт двигателя постоянного тока

И самым главным недостатком является конструкция двигателя постоянного тока, наличие щеточно-коллекторного механизма требующего постоянного ремонта и текущего обслуживания.

При этом появившиеся недорогие и надежные преобразователи частоты в электроприводе переменного тока, имеющие следующие достоинства:

- достаточный диапазон регулирования;

- точность сравнимая с электроприводами постоянного тока;

- высокий коэффициент мощности;

- асинхронный двигатель, имеет на сегодняшний день более высокий приоритет при установке в современных электроприводах ввиду его простоты и надежности. Кроме того ЭП переменного тока с ПЧ работая в режимах S3 и на низких скоростях потребляют значительно меньше реактивной энергии.

Вывод: исходя из выше перечисленных достоинств и недостатков, выбираю электропривод переменного тока с частотным управлением.

3. Конструкторская часть

ротор резание скорость станок

3.1 Расчет оптимальных скоростей резания и усилий перемещения стола во время резания

3.1.1 Расчет параметров для черновой обработки

Подсчитаем оптимальную скорость и усилие резания для черновой обработки:

Оптимальная скорость резания, V, м/мин

- коэффициент, зависящий от материала резца, материала заготовки и вида обработки, ;

T - среднее значение стойкости резца, Т=180 мин;

t - глубина резания, t=5 мм;

S - подача, S=5 мм;

m, x, y - показатели степени, зависящие от материала резца, материала заготовки и вида обработки, m=0,2; x=0,15; y=0,45;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, материала инструмента и состояния поверхности:

- коэффициент, учитывающий влияние качества материала заготовки:

-коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, ;

- коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал, в данном случае сталь углеродистую конструкционную, =750 МПа;

- показатель степени, учитывающий обработку резцами, в данном случае из твердого сплава, =1,75

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки, ;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала (Т15К6 или ВК8), = 1;

- коэффициент, учитывающий ударную нагрузку, для продольно-строгальных станков

В итоге получаем скорость резания:

Усилие резания , H:

- коэффициент, учитывающий влияние материала резца, материала заготовки и вида обработки, ;

t - глубина резания, t=5 мм;

S - подача, S=5 мм;

V - скорость резания при черновой обработке, V=45,8 м/мин;

- коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

x, y, n, - показатели степени, зависящие от материала резца, материала заготовки и вида обработки, x=1, y=0,75, n= -0,15;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости:

n - показатель степени, при определении силы резания учитывающий обработку резцами, в данном случае из твердого сплава, n=0,75

- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на силу резания; при обработке стали резцами с режущей частью из твердого сплава, ;

В итоге получаем силу резания:

Усилие, необходимое для перемещения стола в режиме холостого хода Fxx, Н:

- коэффициент трения стола о направляющие, ;

g - ускорение свободного падения, g= 9,81 м/;

- масса стола,

- масса заготовки,

=15240 Н

составляющая усилия резания по оси Y , Н:

Усилие необходимое для перемещения стола во время резания:

- основное усилие резания, ;

- составляющая усилия резания по оси Y,;

- усилие необходимое для перемещения стола в режиме холостого хода,

- коэффициент трения стола о направляющие,

43390 Н

Расчет параметров для чистовой обработки.

Оптимальная скорость резания, V, м/мин

- коэффициент, зависящий от материала резца, материала заготовки и вида обработки, ;

T - среднее значение стойкости резца, Т=180 мин;

t - глубина резания, t=2 мм;

S - подача, S=3 мм;

m, x, y - показатели степени, зависящие от материала резца, материала заготовки и вида обработки, m=0,2; x=0,15; y=0,45;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, материала инструмента и состояния поверхности:

- коэффициент, учитывающий влияние качества материала заготовки:

-коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, ;

- коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал, в данном случае сталь углеродистую конструкционную, =750 МПа;

- показатель степени, учитывающий обработку резцами, в данном случае из твердого сплава, =1,75

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки, ;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала (Т15К6 или ВК8), = 1;

- коэффициент, учитывающий ударную нагрузку, для продольно-строгальных станков

В итоге получаем скорость резания:

Усилие резания , H:

- коэффициент, учитывающий влияние материала резца, материала заготовки и вида обработки, ;

t - глубина резания, t=2 мм;

S - подача, S=3 мм;

V - скорость резания при черновой обработке, V=66 м/мин;

- коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

x, y, n, - показатели степени, зависящие от материала резца, материала заготовки и вида обработки, x=1, y=0,75, n= -0,15;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости:

n - показатель степени, при определении силы резания учитывающий обработку резцами, в данном случае из твердого сплава, n=0,75

- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на силу резания; при обработке стали резцами с режущей частью из твердого сплава, ;

В итоге получаем силу резания:

Усилие, необходимое для перемещения стола в режиме холостого хода Fxx, Н:

- коэффициент трения стола о направляющие, ;

g - ускорение свободного падения, g= 9,81 м/;

- масса стола,

- масса заготовки,

=15240 Н

составляющая усилия резания по оси Y , Н:

Усилие необходимое для перемещения стола во время резания:

- основное усилие резания, ;

- составляющая усилия резания по оси Y,;

- усилие необходимое для перемещения стола в режиме холостого хода,

- коэффициент трения стола о направляющие,

20460 Н

3.2 Выбор двигателя

Движение стола продольно-строгального станка обеспечивал ДПТ4ПФМ280М

Технические данные ДПТ 4ПФМ280М

Номинальная мощность Pном., кВт	150
Номинальная частота вращения nном., об/мин	1500
Максимальная частота вращения nmax., об/мин	1900
Iном., А, Uном.=440В	352
К.п.д. з, %	89,8
Число пар полюсов р	4

Предлагаю поставить АД, так как он более экономичен и надежен. В реальных условиях эксплуатации существующий двигатель загружен не полностью, поэтому выберем двигатель меньшей мощности.

Данные асинхронного двигателя АИР280М4

Номинальная мощность Pном., кВт	132
Номинальная частота вращения nном., об/мин	1500
Ток статора Iном., А, при Uном.=380В	242
К.п.д. з, %	94
Cos?	0,9
Номинальный момент Мном., Нм	840
	2,5
Число пар полюсов р	2

3.3 Расчет параметров двигателя

Приведенный момент инерции и ускорение

Номинальная частота вращения:

Суммарный момент инерции, приведенный к валу электродвигателя:

где - номинальный момент инерции электродвигателя, =2,5 кг

- масса стола станка, = 9867 кг

- масса обрабатываемой заготовки, =20000 кг

- радиус приведения, =7,4*м

Угловое ускорения вала двигателя при разгоне

Параметры схемы замещения АД.

1. Номинальное скольжение

где - синхронная скорость (скорость вращения магнитного поля), -номинальная скорость вращения двигателя.

2. Критическое скольжение

где - отношение момента короткого замыкания (пускового) к номинальному моменту.

3. Конструктивный коэффициент

Первоначально конструктивный коэффициент задается в диапазоне 1,02 -1,05 для предварительного расчета параметров схемы замещения. Примем

4. Коэффициент вязкого трения

- номинальная частота вращения двигателя, ;

- механические потери

- номинальный ток статора двигателя, ;

-номинальное напряжение работы двигателя, ;

- номинальная мощность двигателя, = 132 кВт

- коэффициент полезного действия двигателя,

5. Сопротивление статора

6. Сопротивления ротора

- отношение тока короткого замыкания к номинальному току,

7. Индуктивность статора и ротора

где - номинальная частота тока сети,

8. Индуктивность рассеяния статора и ротора

9. Взаимоиндукция

3.4 Выбор преобразователя частоты для АД

Выберем преобразователь частоты для нашего АД по мощности и номинальному току двигателя из каталога HYUNDAI и его данные занесем в таблицу.

Данные преобразователя частоты HYUNDAI N300-1320HF

Номинальная мощность Pном., кВт	132
Номинальный выходной ток Iвых, А	260
КПД преобразователя з	0,96

Основные технические данные электроприводов.

Электроприводы должны обеспечивать следующие режимы работы:

- плавный пуск / реверс / останов с регулируемой интенсивностью;

- автоматическое определение параметров подключенного двигателя;

- автоматический перезапуск после кратковременного пропадания напряжения питания;

- стабилизация технологического параметра по сигналам внешних датчиков со стандартными аналоговыми сигналами 0.10 В или 4.20 мА;

- режим частотного токоограничения;

- режим токовой отсечки.

- Электроприводы в режиме регулирования скорости обеспечивают:

- для АД с напряжением питания 380 В / 50 Гц - регулирование двухзонное:

а) первая зона - с постоянным моментом,

б) вторая зона - с постоянной мощностью,

- для высокоскоростных электрошпинделей - однозонное, с постоянным моментом.

Общий диапазон регулирования скорости - 50;

Поддиапазон регулирования скорости вверх от номинальной - не менее 2 (при отсутствии ограничений со стороны двигателя);

Точность поддержания скорости.

Устройство.

Функциональная схема электропривода.

Силовой модуль предназначен для преобразования сетевого напряжения постоянной частоты в напряжение переменной амплитуды и частоты для питания исполнительного двигателя.

Силовой модуль включает следующие основные элементы:

* трехфазный мостовой выпрямитель (выпрямитель) с варисторным ограничителем перенапряжения на входе;

* емкостный фильтр звена постоянного напряжения (фильтр);

* трехфазный мостовой IGBT- инвертор;

* узел сброса энергии торможения (УСЭ), состоящий из IGBT-чоппера и внешнего балластного резистора;

* драйвер силовых ключей, обеспечивающий управление затворами IGBT, формирование сигналов защит и гальваническую развязку силовых и управляющих цепей;

* вентилятор, управляемый в функции сигнала температуры силового модуля;

* узел предзаряда емкости фильтра, обеспечивающий ограничение тока заряда и плавное нарастание напряжения на конденсаторах.

Датчиковая система формирует нормированные сигналы обратных связей с гальванической развязкой силовых и управляющих цепей. Она включает:

* Датчик напряжения VD, состоящий из резистивного делителя и изолирующего усилителя с оптронной развязкой, установленный в звене постоянного напряжения;

* Датчики тока CD1, CD2, установленные в двух выходных фазах инвертора;

* Датчик температуры силового блока, состоящий из NTC-резистора, установленного в силовом модуле и изолирующего усилителя (в преобразователях с выходным током 50 А и более датчики имеются в каждом из силовых модулей выпрямителя и инвертора);

* Терморезистор защиты двигателя (РТС-резистор) со схемой компаратора и оптронной развязкой;

Блок питания цепей управления преобразует выпрямленное сетевое напряжение в стабилизированное напряжение +5 В для питания цифровой части системы управления, +/-5 В для питания аналоговой части системы управления, +12 В для питания вентиляторов, изолированный источник +24 В для питания драйвера.

Система управления состоит из микропроцессорного ядра, интерфейсного модуля и пульта ручного управления.

Процессорное ядро образовано двумя 16-разрядными микроконтроллерами. Служебный контроллер (host controller FUJITSU MB90F598) выполняет загрузку программ, обслуживание пульта ручного управления, коммуникационных портов, входных и выходных сигналов интерфейса, взаимодействует с контроллером управления двигателем, реализует «медленные» защиты.

Контроллер управления двигателем (motor controller ADMC401), выполненный на базе DSP, обрабатывает сигналы датчиковой системы, выполняет алгоритмы расчета регуляторов, управляет силовым модулем и обслуживает «быстрые» защиты электропривода.

Интерфейсный модуль включает набор средств взаимодействия с внешними управляющими устройствами. Он состоит из аналогового интерфейса, цифрового интерфейса, таймера реального времени. Конструктивно выполняется в виде базовой интерфейсной платы,

устанавливаемой непосредственно на процессорную плату. При необходимости может дополняться платами расширения с различными наборами дополнительных входов и выходов.

В максимальной конфигурации на базовой интерфейсной плате могут быть установлены следующие устройства (без использования плат расширения):

* Аналоговые входы для приема и обработки до 4 нормированных аналоговых сигналов (2 канала 0..±10 В, 2 канала 4..20 мA). Разрешающая способность преобразования сигналов - 16 бит, быстродействие - 1 мс на канал.

* Источник опорного напряжения 10 В для подключения потенциометра формирования сигнала задания.

* Аналоговые выходы для мониторинга как измеряемых, так и недоступных для непосредственного измерения переменных электропривода. Часть из них - непосредственно из датчиковой системы преобразователя, а также 2 программируемых канала ЦАП.

* Вход терморезистора для подключения встроенного в двигатель термодатчика с положительным температурным коэффициентом и реализации защиты двигателя от перегрева.

* Логические входы (до 12 каналов) для приема дискретных сигналов управления от устройств автоматики или программируемого контроллера. Функциональное назначение логических входов может быть переопределено пользователем.

* Встроенный источник +24 В для формирования входных логических сигналов или питания внешних устройств (датчиков технологических параметров).

* Импульсные выходы (2 канала) для мониторинга переменных электропривода с помощью цифровых или стрелочных измерительных приборов. Каждый из каналов параметрируется индивидуально и может работать в режиме широтно-импульсной (ШИМ) или частотной модуляции (ЧМ). Разрешающая способность 10 бит, частота обновления - 50 Гц.

* Транзисторные выходы (4 канала) для вывода дискретных сигналов управления внешними устройствами автоматики и мониторинга флагов состояния электропривода. Функциональное назначение транзисторных выходов может быть переопределено пользователем.

* Релейные выходы (2 канала) для управления внешними устройствами автоматики и мониторинга флагов состояния электропривода. Функциональное назначение релейных выходов может быть переопределено пользователем.

* Драйвер CAN предназначен для подключения к физической линии, выполненной в стандарте Controller Area Network. Поддержка протокола CANopen является основным средством обмена управляющей и статусной информацией между электроприводом и управляющим контроллером. Обеспечивает доступ ко всем переменным и флагам состояния электропривода. Скорость приема / передачи данных до 1 Мбод.

* Драйвер RS-232 / 485 предназначен для подключения инструментальной ЭВМ при загрузке и модификации программного обеспечения, обеспечивает обмен диагностической и управляющей информацией между электроприводом и инструментальной ЭВМ или программируемым логическим контроллером (PLC). Поддерживается протокол MODBUS. Обеспечивает доступ ко всем переменным и флагам состояния электропривода. Скорость обмена данными 300 - 19200 бод.

* Таймер реального времени предназначен для управления индикацией текущего времени и календаря, фиксации показаний реального времени в меню «ИСТОРИЯ ОТКЛЮЧЕНИЙ», отсчета временных интервалов при отработке циклограмм в режиме реального времени.

Пульт ручного управления позволяет выполнять процедуры просмотра, редактирования параметров электропривода, запуска и контроля режимов его работы. Конструктивно выполняется установленным на лицевой панели блока преобразователя частоты или выносным (для установки на дверце шкафа или пульте оператора). Имеет собственный контроллер для обслуживания жидкокристаллического дисплея и клавиатуры. Обмен информацией со служебным контроллером выполняется по шине I2C.

Светодиодный индикатор состояния. В исполнениях с выносным пультом управления диагностика состояния электропривода дополнительно выполняется с помощью светодиодного индикатора на лицевой панели блока.

Красный светодиод «FAULT» загорается при срабатывании «быстрых» защит.

Желтый светодиод «ATTENT» загорается при обнаружении перегрузки или перегрева преобразователя или двигателя.

Зеленый светодиод «READY» горит, когда привод полностью готов к работе.

Зеленый светодиод «BLC OFF» отображает состояние входного сигнала «Снятие блокировки», которым разблокируется выход преобразователя.

Зеленый светодиод «ENABLE» отображает состояние входного сигнала «Разрешение задания», которым подается команда на отработку электроприводом задания (по скорости или технологической переменной).

Зеленые светодиоды «IND 1», «IND 2» - программируемые индикаторы, отображают флаги состояния или функции, связанные с одной из переменных электропривода.

Зеленый светодиод «FUNC» зарезервирован для отображения флага, связанного с режимом работы электропривода.

Система защит электропривода

Преобразователи частоты обеспечивают защиты электропривода в соответствии с ГОСТ24607-88:

* максимально-токовую защиту преобразователя;

* защиту от пропадания питания цепей управления;

* защиту от сбоев программного обеспечения;

* защиту от недопустимых отклонений питающего напряжения;

* защиту от аварии узла сброса энергии;

* защиту от несоответствия скорости заданной, в том числе от неисправностей в цепях обратной связи по скорости;

* защиту от перегрева силового блока преобразователя;

* защиту от перегрева двигателя (при наличии встроенного термодатчика);

* время-токовую защиту двигателя.

Защиты от ошибок системы управления диагностируются следующими флагами:

отклонение напряжений питания цепей управления сверх допустимых пределов - флагом P;

сбой в процессорном ядре - флагом C;

ошибка аналого-цифрового преобразователя - флагом A;

ошибка энергонезависимой памяти - флагом M;

ошибка тестирования датчиков тока - флагом S;

ошибка тестирования датчика напряжения - флагом U;

ошибка управления по сети (превышено время ожидания кадра) - флагом F;

потеря сигнала токовой петли (I<4mA) - флагом N;

неисправность (отсутствие) микросхемы часов реального времени - флагом Z;

разряд батарейки питания микросхемы часов реального времени - флагом G.

Защита от несоответствия вычисленной и заданной скорости диагностируется установкой флага D. Работа защиты блокируется в следующих случаях:

- отключен регулятор скорости параметром РегСкорости (меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ»),

привод работает в режиме внешнего токоограничения,

выполняется процедура автонастройки.

При превышении уровня максимально допустимой скорости устанавливается флаг E. Защита блокируется при выполнении процедуры автонастройки.

Ко 2 - ой группе защит относятся:

температурная защита преобразователя;

температурная защита двигателя;

время-токовая защита двигателя.

Температурная защита преобразователя выполняется по сигналам датчиков, установленных в силовых модулях инвертора и выпрямителя, и настроена на максимально допустимую рабочую температуру. При достижении температуры корпуса любого из модулей 80єС сбрасывается флаг «Готовность 2» (READY2=0), в строке состояния пульта ручного управления отображается мигающий символ T. При температуре 85єС привод блокируется, сбрасывается флаг «Готовность 1» (READY1=0), отключается силовое питание преобразователя, в строке состояния отображается немигающий символ T.

Температурная защита двигателя может быть активизирована, если в двигателе имеется встроенный PTC резистор (позистор). Для этого в меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / ПАРАМЕТРЫ ЗАЩИТ» устанавливается параметр Термозащита __ВКЛ. При достижении температурой двигателя порогового значения сбрасывается сигнал «Готовность 2» (READY2=0), в строке состояния пульта ручного управления отображается мигающий символ Q. Если температура продолжает расти, то через время, установленное параметром T тз сбрасывается сигнал «Готовность 1» (READY1=0), в строке состояния отображается немигающий символ Q. Требуемый порог срабатывания защиты может быть скорректирован с помощью подстроечного резистора RV1 на интерфейсной плате.

Действие время-токовой защиты двигателя программируется параметрами I2T, K I2T и T I2T в меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / ПАРАРАМЕТРЫ ЗАЩИТ». Порог активизации защиты I2T задается в процентах от номинального тока двигателя Is ном (меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ»). В заводской настройке устанавливается на уровне 100%. При достижении током установленного значения сбрасывается сигнал «Готовность 2» (READY2=0) и отображается мигающий символ I.

Механический монтаж.

Блоки преобразователей частоты монтируются в вертикальном положении с обеспечением свободного пространства между соседними блоками и до стенок шкафа, необходимого для открытия крышек, а также сверху и снизу блоков для обеспечения вентиляции.

Монтажная площадка должна быть выполнена из негорючего материала и иметь достаточную механическую прочность, чтобы выдержать вес преобразователя. Крепежные отверстия размечаются с помощью шаблона.

Направление основного потока охлаждающего воздуха - снизу вверх через радиатор блока.

При монтаже в шкафу преобразователь должен быть установлен так, чтобы не попадать в поток воздуха от других преобразователей и тепловыделяющих элементов другого оборудования, в том числе балластных резисторов узла сброса энергии торможения (рис. 3.3.а). Желательно избегать размещения одного преобразователя над другим или выдерживать при этом минимальное расстояние между блоками 300 мм.

Температура воздуха на входе преобразователя не должна превышать 40°С. Вентилятор принудительного охлаждения шкафа должен быть установлен так, чтобы получить максимальный обдув преобразователя. При необходимости установить отражательные щитки, чтобы исключить рециркуляцию нагретого воздуха снаружи и внутри шкафа.

Электрический монтаж.

Электрический монтаж и техническое обслуживание электропривода

может выполняться только квалифицированным персоналом с соблюдением действующих норм и правил, а также требований настоящего «Технического описания и инструкции по эксплуатации».

Расчет и выбор кабеля от ПЧ до двигателя

В руководстве по подключению ПЧ рекомендуется выбирать экранированный кабель. В качестве экрана можно использовать металлорукав, его следует заземлить.

Надежная работа проводов и кабелей определяется длительной допустимой температурой их нагрева, значение которой зависит от вида изоляции. Учитывая условия надежности, безопасности и экономичности, ПУЭ устанавливают допустимую температуру нагрева в зависимости от материала проводника, изоляции, длительности прохождения тока.

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается длительно допустимая температура нагрева, называется допустимым током по нагреву. Длительно допустимые токи нагрузки проводов и кабелей указаны в таблице, при максимальной температуры воздуха 40°С.

Выбор площади сечения по нагреву длительным током сводится к сравнению силы расчетного тока I_р с допустимым табличным значением I_доп для провода или кабеля принятых марок и условий их прокладки.

При выборе сечения должно выполнятся условие:

I_р. ? I_доп.,

I_р. - расчетный ток, который равен максимальному току двигателя I_р = 1,45*Iном А;

I _р =1,45*244 =354 А

I_доп - допустимый ток для данного сечения жилы, в зависимости от условий прокладки кабеля.

Выбираем кабель с сечением жилы, равным 120 мм І. Условие выбора выполняется, теперь выбираем соответствующий тип кабеля.

Выбор типа кабеля.

Выбираем кабель ВВГ 1х120 силовой медный дв. изол. ПВХ проложенный в металлорукаве открыто Iдоп = 385А, Uн = 0,4 кВ, длина кабеля l = 10 м.

3.5 Расчет тахограммы

Расчет тахограммы для черновой обработки.

Прямой ход.

Разгон до пониженной скорости.

Пониженная скорость оставляет около 30% от максимальной скорости стола.

Vmax - максимальная скорость стола, Vmax = 70 м/мин

Переведем величину пониженной скорости в рад/с:

Где - радиус приведения,

Время разгона до пониженной скорости:

где a - ускорение, а=186 рад/

с

Путь, пройденный столом за время t1:

м

Время t2 подхода резца к детали на скорости V1

Примем, что на пониженной скорости V1 резец проходит 0,1 м врезание происходит после преодоления 0,05 м (L2=L3=0,05 м)

Время t3 движения резца на пониженной скорости:

Время разгона t4 электропривода с пониженной скорости V1 до рабочей скорости Vраб:

Перемещение стола за время разгона t4:

Время торможения t6 электропривода с рабочей скорости до пониженной равно t4 = 0,3c.

Перемещения стола L6 за время торможения t6 равно перемещению стола L4=0,062 м.

Время торможения t9 электропривода с пониженной скорости до нуля равно времени разгона t1=0,25c.

Перемещение стола L9 за время t9 равно перемещению стола L1=0,043 м.

Величина перемещения стола на установившейся пониженной скорости при выходе резца из детали L7=L3=0,05 м

Время t7 электропривода при выходе резца из детали:

L8=L2=0,05 м, то время движения электропривода t8 после выхода резца из детали^

Итак, имея полученные значения, мы можем найти время движения электропривода на рабочей скорости.

Перемещение стола L5 на рабочей скорости при черновой обработке:

и так как L3=L7, a L4=L6, то

Время движения электропривода с рабочей скоростью V5:

Обратный ход.

Участки разгона и торможения электродвигателя t10, t12 при обратном ходе стола:

где - угловая скорость электродвигателя (с учетом двухзонного регулирования скорости электродвигателя).

Перемещения за время разгона и торможения электродвигателя при обратном ходе L10 и L12:

м

Величина перемещения стола при обратном ходе на установившейся скорости:

Время движения стола t11 при обратном ходе:



Время полного цикла черновой обработки изделия:

Количество двойных ходов:

H - ширина обрабатываемой детали, Н=2 м

S - подача для черновой обработки (S=5 мм)

Расчет тахограммы для чистовой обработки:

Прямой ход.

Разгон до пониженной скорости.

Пониженная скорость оставляет около 30% от максимальной скорости стола.

Vmax - максимальная скорость стола, Vmax = 70 м/мин

Переведем величину пониженной скорости в рад/с:

Где - радиус приведения,

Время разгона до пониженной скорости:

где a - ускорение, а=186 рад/

с

Путь, пройденный столом за время t1 ч:

м

Время t2 ч подхода резца к детали на скорости V1

Примем, что на пониженной скорости V1 резец проходит 0,1 м врезание происходит после преодоления 0,05 м (L2=L3=0,05 м)

Время t3 ч движения резца на пониженной скорости:

Время разгона t4 ч электропривода с пониженной скорости V1 до рабочей скорости Vраб:



Перемещение стола за время разгона t4 ч:

Время торможения t6 электропривода с рабочей скорости до пониженной равно t4 ч = 0,55c.

Перемещения стола L6 за время торможения t6 равно перемещению стола L4=0,2 м.

Время торможения t9 электропривода с пониженной скорости до нуля равно времени разгона t1 ч=0,25c.

Перемещение стола L9 за время t9 ч равно перемещению стола L1=0,043 м.

Величина перемещения стола на установившейся пониженной скорости при выходе резца из детали L7=L3=0,05 м

Время t7 ч электропривода при выходе резца из детали:

L8=L2=0,05 м, то время движения электропривода t8 после выхода резца из детали

Итак, имея полученные значения, мы можем найти время движения электропривода на рабочей скорости.

Перемещение стола L5 на рабочей скорости при черновой обработке:

и так как L3=L7, a L4=L6, то

Время движения электропривода с рабочей скоростью V5:

Обратный ход.

Участки разгона и торможения электродвигателя t10, t12 при обратном ходе стола:

где - угловая скорость электродвигателя (с учетом двухзонного регулирования скорости электродвигателя).

Перемещения за время разгона и торможения электродвигателя при обратном ходе L10 и L12:

м

Величина перемещения стола при обратном ходе на установившейся скорости:

Время движения стола t11 ч при обратном ходе:



Время полного цикла чистовой обработки изделия:

Количество двойных ходов при чистовой обработке:

H - ширина обрабатываемой детали, Н=2 м

S - подача для черновой обработки (S=3 мм)

-время на смену резца, - время на смену детали

Библиографический список

1. Безопасность жизнедеятельности. Технические расчеты параметров электробезопасности: учеб. пособие по выполнению раздела ВКР / авт.-сост. В.В. Гоман; Федер. агентство по образованию, ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Нижнетагил. технол. ин-т (фил.). - Нижний Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2010. - 108 с.

2. Каталог асинхронных двигателей серии АИР [Электронный ресурс] - URL: http://www.rosdiler-electro.ru

3 Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей / Госэнергонадзор Минтопэнерго РФ. - 6-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2003.

4. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Проектирование автоматизированного электропривода промышленных установок и систем энергообеспечения предприятий и учреждений / В.Л. Тимофеев. Нижний Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2009.

6. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: учеб. для студ. вузов / В.М. Терехов, О.И. Осипов; под ред. В.М. Терехова. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2006.

7. Технические и экономические расчеты в курсовых и дипломных проектах/ В.Л. Тимофеев, О.Н. Баркова, И.Н. Исаев. Нижний Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2006.

8. Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных установок: учеб. Для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 424 с.: ил.

9. Данные по преобразователю частоты [электронный ресурс] - URL: http://www.hyundai-invertors.ru

10. Асинхронный электропривод с частотным управлением/ В.Л. Тимофеев.

Нижний Тагил: НТИ(ф) УГТУ - УПИ, 2007.

11. Справочник технолога машиностроителя том 2/ А.Г. Косилова, Р.К. МещяриковМосква «Машиностроение», 1986 г.

Размещено на Allbest.ru