Проектирование ниппеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технологическая часть

1.1 Описание детали (назначение, особенности конструкции, химический состав и физико-механические свойства материала

ниппель деталь заготовка

Ниппель переходной применяется а тех случаях, когда необходимо выполнить соединение труб различного диаметра, кроме того, он может обеспечить изменение скорости потока жидкости в трубах, имеющих маленький диаметр. Ниппель переходной может быть концентрического и эксцентрического типа. Вертикальные трубы обычно соединяются концентрическими переходными ниппелями, а горизонтальные - эксцентрическими.

Ниппель для временного соединения обычно снабжается односторонним клапаном и используется во всевозможных пневматических (надувных) устройствах, в частности, велосипедных, автомобильных и авиационных шинах, спасательных плотах и жилетах, мячах и т.п.

В случае постоянного соединения трубопроводов ниппель может попутно исполнять и функцию их механического (силового) скрепления. В частности, сантехнический радиаторный ниппель применяется для соединения между собой секций батарей отопления и выполняется одновременно с левой и правой резьбой, что позволяет, вращая его специальным ниппельным ключом, стягивать вместе обе детали одновременно.

Таблица 1. Химический состав Ст40Х ГОСТ 4543-71

Марка стали	Массовая доля элементов в %
	Углерод	Марганец	Кремний
Ст40Х	0,14-0,22	0,40-0,65	0,12-0,30



Таблица 2. Физико-механические свойства Ст40Х ГОСТ 4543-71

Марка стали	Временное сопротивление разрыву Rm, МПа	Предел текучести, Rр0,2, МПа	Относительное сужение Z, %
Ст40Х	380-490	250-210	26-23

1.2 Определение типа производства

Под типом производства понимается совокупность признаков, определяющих характеристику организационно-технологическо-производственного процесса, осуществляемого как на одном рабочем месте, так и на совокупности их в масштабе участка, цеха, завода

Для изготовления детали(червяк) в количестве 2100 штук выбираем тип производства по следующим критериям:

Количество - 2100 шт., масса - 0,8 кг, следовательно тип производства - среднесерийный, для которого характерны следующие признаки:

- номенклатура - ограничена сериями;

- повторяемость выпуска - периодический повтор;

- применяемое оборудование - универсальное и специальное;

- расположение оборудования - групповое;

- разработка техпроцесса - подетальная;

- применяемый инструмент - универсальный и специальный;

- закрепление деталей и операций за станками - определенные операции и детали закреплены по техпроцессу;

- себестоимость и трудоемкость единицы продукции - средняя

Определяем предварительный размер партии:

(1)

N-годовой выпуск изделий;

t-количество дней, на которое необходимо иметь запас деталей;

t=10-для средних деталей;

Ф-число рабочих дней в году, Ф=247 дней

Определяем количество партий:

(2)

1.3 Выбор прогрессивного способа получения заготовок

Процесс метода получения заготовки тесно связан с последующей механической обработкой, трудоемкостью, которая в высокой степени зависит от точности выполнения заготовки и приближения ее формы к конфигурации заготовки.

Для определения правильного способа получения заготовки необходимо учитывать материал детали, условия ее эксплуатации, технические требования на изготовление, объем и серийность выпуска, форму и размеры детали. Оптимальный метод получения заготовки определяется на основании всестороннего анализа перечисленных факторов и технико-экономического расчета себестоимости детали. Оптимальным считается метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготовления из нее детали при минимальной себестоимости.

Сравним два варианта получения заготовки из круглого сортового проката и поковкой в подкладных штампах. При методе получения заготовки поковкой мерные отрезки сортового проката, нарезанного на механической пиле, подогревают в печи кузнечного цеха, после чего подают на ковку паровоздушными молотами в подкладных штампах. После горячей ковки заготовка принимает цилиндрическую форму со ступенями.

Вариант 1

По первому варианту заготовка изготавливается из сортового проката круглого профиля по ГОСТ 2590-88.

Размер проката рассчитываю исходя из припусков на механическую обработку [4, стр. 41, табл. 3.13]. При точении припуск на обработку составляет 3,8 мм.

По расчетным данным выбираю размер сортового проката обычной точности:

Круг 52 ГОСТ 2590-88

Ст3сп 2 ГОСТ 380-71

Определяем припуск на подрезку торцовых поверхностей заготовки

[3, стр. 40, табл. 3.12].

Припуск составляет zподр=1,9 мм на сторону.

Общая длина заготовки:

Lз= Lд+2·zподр, (3)

Lд - номинальная длина детали, мм.

Lз= 77+2·1,9=80,8 мм

Объем Vз, см3, заготовки находим по формуле:

Vз , (4)

Dз.п. - диаметр заготовки, взятый с плюсовым припуском;

Vз см3,

Определяем массу заготовки Мз, кг по формуле:

Мз = г · Vз, (5)

г - плотность материала, кг/см3;

Vз - объем заготовки, см3.

Мз =141,9 · 0,00785=1,11 кг

Выбираем оптимальную длину проката для изготовления заготовки.

Потери на зажим заготовки Lзаж принимаем 5 мм.

Заготовку отрезают на ножницах. Это самый производительный и дешевый способ.

Длину торцового обрезка проката Lоб, мм определяем из соотношения:

Lоб= (0,03 - 0,06) d (6)

d - диаметр сечения заготовки, мм.

Lоб=0,03 · 90=27 мм

Число заготовок х, шт., исходя из принятой длины проката по стандартам, определяется по формуле:

х = (7)

Из поката длиною 4 м

х4 = шт.

Принимаю 45 заготовок из данной длины проката.

Из проката длиною 7 м

Х7 = шт.

Принимаю 81 заготовок из данной длины проката.

Остаток длины (некратность) Lнк, мм определяется в зависимости от принятой длины проката по формуле:

Lнк= Lпр - Lот - Lзаж - (Lз · х) (8)



или остаток длины П нк, %

П нк= (9)

из проката длиною 4 м

Lнк4 = 4000 - 27 - 5 - (80,8·45) =77 мм

П нк4 =

из проката длиною 7 м

Lнк7 = 7000 - 27 - 5 - (80,8?81) =24,2 мм

П нк7 =

Из расчетов на некратность видно, что прокат длиною 7 м для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 4 м.

Потери материала на зажим при отрезке Пзаж, % по отношению к длине проката составят:

Пзаж = (10)

Пзаж =

Находим потери материала на длину торцевого обрезка проката Пот в процентном отношении к длине проката:

Пот = (11)

Пот =

Общие потери Ппо, % к длине выбранного проката

Ппо = Пнк + Пот + Пзаж (12)

Ппо = 0,35+0,38+0,71=1,44%

Расход материала на одну деталь Мзп, кг с учетом всех технологических неизбежных потерь определяем по формуле:

Мзп = (13)

Мзп = кг

Определяем коэффициент использования материала по формуле:

Ким = (14)

Мд - масса детали, кг;

Мзп - масса заготовки с учетом технологических потерь.

Ким =

Вариант 2

Второй способ получения заготовки - объемная штамповка на горизонтально-ковочной машине (ГКМ). Для обоснования выбора заготовки имеем следующее по ГОСТ 7505:

1. Группа стали М1.

2. Степень сложности С1.

3. Класс точности поковки устанавливается в зависимости от технологического процесса и оборудования для ее изготовления. Для гидравлических прессов - Т1.

4. Исходные данные для последующего назначения основных припусков и допускаемых отклонений определяются от массы, марки, степени сложности М1 и класса точности поковки.

5. Исходный индекс - 15.

6. Рассчитываем объем:

V=р V=рdL/4 (15)

V1=3,14·2,142·2,2/4=13 см3

V2=3,14·5,12·1,4/4=29 см3

V3=3,14·3,42·4,9/4=44 см3

V3=3,14·0,62·8,1/4=2,3 см3

Vоб.= 13+29+44-2,3=85,7 см3

7. Определяем массу заготовки: (16)

Gзаг=г· V=0,00785 кг/см2·83,7=0,9 кг.

Принимаем технологические потери (облой, угар),

Пт - коэффициент потерь, Пт=15%,

Gзп= Gзаг (100+ Пт)/100=0,9 (100+15)/100=1,04 кг. (17)

8. Коэффициент использования металла Ким

Ким=0,8/0,9=0,89

Основным показателем, характеризующим экономичность выбранного

метода изготовления заготовок, является коэффициент использования материала, который при изготовлении деталей из штамповок составляет Ким =0,89, из проката Ким=0,7.

Расчет двух вариантов получения заготовки показывает, что заготовка, полученная в результате штамповки более экономична по использованию материала, чем заготовка, полученная из проката, поэтому в качестве прогрессивного метода получения заготовки принимаем штамповку.

1.4 Содержание и структура заданной технологической операции

Технологический процесс изготовления детали - «Ниппель 5Г157.02-4» разработан на базе металлообрабатывающего оборудования. Технологический процесс включает в себя токарные, фрезерные, шлифовальные операции. При разработке технологического процесса в целях достижения прогрессивных технико-экономических показателей учтены следующие моменты:

- высокая концентрация операций, достигаемая в результате обработки нескольких поверхностей за одну операцию;

- интенсификация процесса резания за счет применения прогрессивного режущего инструмента;

применение высокопроизводительного оборудования;

сокращение вспомогательного времени путем оснащения средствами механизации и автоматизации, применения пневматических устройств;

- повышение удельного веса станков с ЧПУ;

- повышение удельного веса металлорежущих станков для финишных

операций, обеспечивающих высокое качество деталей, их надежность и долговечность.

Применение твердосплавных неперетачиваемых пластин на резцах обеспечивает:

- повышение стойкости на 20-25% по сравнению с напаянными резцами,

- возможность повышения режимов резания за счет простоты восстановления режущих свойств многогранных пластин путем их поворота,

- сокращение затрат на инструмент в 2-3 раза, потерь вольфрама и кобальта в 4-4,5 раза вспомогательного времени на смену и переточку резцов,

- упрощение инструментального хозяйства,

- уменьшение расхода абразива.

Правильность разработки последовательности операций технологического процесса для достижения заданной точности и соблюдение принципа единства технологических баз приводит к очень малому проценту брака, что также говорит о качестве обработки детали на каждой операции.

Установлено почти полное соответствие параметров оборудования требованиям каждой операции, где оно использовалось.

Таблица 3. Технологические операции

№ операции	Наименование операции	Содержание операции	Оборудование
005	Токарная (предварительная)		16К20T1
010	Токарная (окончательная)		16К20T1
015	Фрезерная		6Т12Ф20-1
020	Фрезерная	Установить, закрепить, фрезеровать 4 паза b=4с переустановкой.	6Т12Ф20-1
025	Слесарная

1.5 Характеристика и назначение станка

Станки фрезерные консольные вертикальные с программным управлением модели 6Т12Ф20-1 предназначены для выполнения разнообразных фрезерных работ цилиндрическими, угловыми, фасонными, торцевыми и другими фрезами. Широкий диапазон числа оборотов шпинделя и подач стола позволяет производить эффективную обработку деталей из чугуна, стали, труднообрабатываемых оплавов, цветных металлов, легких сплавов и пластмасс.

На станках можно обрабатывать детали сложной конфигурации, имеющие вертикальные и горизонтальные плоскости, рамки, пазы, уступы и т.п. На станках возможна работа в трёх режимах: ручном, покадровой обработки и автоматическом.

Мощность привода и жесткость станков позволяют применять инструмент, оснащенный пластинками из твёрдого сплава. На станках можно выполнять несложные сверлильные и расточные работы.

Область применения станков может быть расширена применением поворотного круглого стола, делительной головки и других приспособлений.

Таблица 4. Характеристики станка

Размеры стола: -ширина -длина	320 мм 1250 мм
Наибольший ход стола: -в продольном направлении -в поперечном -в вертикальном	800 мм 270 мм 420 мм
Габаритные размеры станка: -длина -ширина -высота	2750 мм 3320 мм 2500 мм
Вес станка	4550 кг
Расстояние оси шпинделя до рабочей поверхности стола: -наименьшее -наибольшее	30 мм 450 мм
Угол поворота шпиндельной головки	±45є
Число оборотов шпинделя	31-1600 об/мин
Мощность главного электродвигателя	7,5 кВТ
Класс точности станка по ГОСТ 8-82	Н

ниппель деталь заготовка

1.6 Режущий инструмент для заданной технологической операции

Фреза пазовая затылованная.

Предназначается для фрезерования пазов и уступов в стальных и чугунных деталях. Наличие затылованных зубьев дает возможность сохранить постоянство профиля паза при переточках фрезы.

ГОСТ 8543-71



Таблица 5. Режущий инструмент заданной операции

	Диаметр (D), мм	Ширина (B), мм	Диаметр отверстия (d), мм	Число зубьев
	50	4	16	12

1.7 Расчет режимов резания для заданной технологической операции

Уровень режима резания находится в зависимости от типа и конструкции инструмента, материала и геометрии его режущей части, качества заточки, правильности установки и закрепления инструмента на станке, состояния системы СПИД и определяет силы резания и расходуемую при резании мощность.

Глубина резания t: при черновой обработке назначают по возможности максимальную t, равную всему припуску на обработку или большей части его; при чистовой обработке - в зависимости от требуемых степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

Подача s: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из прочности и жесткости системы СПИД, мощности привода станка и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке - в зависимости от требуемых степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

Скорость резания V рассчитывают по формулам, учитывающим величины глубины резания и подачи, установленной стойкости с внесением поправок на физико-механические свойства обрабатываемого материала, качество заготовки, вид обработки.

Определяем подачу, скорость и силу резания при фрезеровании 4 пазов 25Ч4 мм.

При первом предварительном проходе t = 5 мм

При окончательном проходе t = 1 мм

Назначаем подачу.

Sz = 0,005 мм/мин [2, стр. 266, табл. 11] - для первого прохода

Sz = 0,35 мм/мин [2, стр. 266, табл. 11] - для окончательного прохода,

Определяем скорость главного движения (м/мин), допускаемую режущими свойствами резца, U, м/мин, по формуле:

(18)

Т - среднее значение стойкости, при одноинструментальной обработке 80 мин [2, стр. 268];

Учитываем поправочные коэффициенты на скорость резания.

Кv - общий поправочный коэффициент, равный произведению поправочных коэффициентов, учитывающих измененные условия обработки по формуле:

Кv = Kmv Kпv Kиv (19)

Kmv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала,

Kпv - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки,

Kиv - коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Kmv = 0,8 [2, стр. 262, табл. 3];

Kпv = 0,8 [2, стр. 263, табл. 5];

Kиv = 1 [2, стр. 263, табл. 6];

Кv = 0,8 Ч 0,8 Ч 1 = 0,64

По таблице [2, стр. 269, табл. 17] находим значения коэффициента Сu и показателей степеней m, x, y, q, p, u.

С u =53 - по [2, стр. 269, табл. 17];

x = 0,3 - по [2, стр. 269, табл. 17];

y = 0,2 - по [2, стр. 269, табл. 17];

m = 0,2 - по [2, стр. 269, табл. 17];

u = 0,2 - по [2, стр. 269, табл. 17];

p = 0,1 - по [2, стр. 269, табл. 17];

q = 0,25 - по [2, стр. 269, табл. 17].

- при первом проходе:

V=(53•?10?^0,25)/(?50?^0,2•5^0,3• ?0,005?^0,2•4^0,2•?12?^0,1)•0,64=15,3 м/мин

- при окончательном проходе:

V=(53•?10?^0,25)/(?50?^0,2•1^0,3• ?0,35?^0,2•4^0,2•12^0,1)•0,64=9,2 м/мин

Тангенциальная сила рассчитывается, Рz, Н, по формуле:

P_z=(?10•C?_p•t^x•S_z^y•B_ф^u•Z)/(D^q•n^w)•K_Mp (20)

KMp - поправочный коэффициент [2, стр. 271]:

KMp=0,86

Для заданных условий обработки

СPz=68,2 (2, табл. 22, стр. 273);

xPz= 0,86 (2, табл. 22, стр. 273);

yPz = 0,72 (2, табл. 22, стр. 273);

uPz= 1 (2, табл. 22, стр. 273);

qPz= 0,86 (2, табл. 22, стр. 273);

wPz= 0 (2, табл. 22, стр. 273).

Определяем тангенциальную силу:

- при первом проходе:

P_z=(10•68,2•5^0.3•?0,005?^0.2•4^0,3•12)/(?10?^0.3•?1000?^0)•0,86=33391 Н

- при окончательном проходе:

P_z=(10•82•5^0.75•?1,3?^0.6•?10?^1•2)/(?10?^0.86•?1200?^0)•0,86=33463 Н

Определяем крутящий момент по формуле:

M_кр=(P_z•D)/(2•100) (21)

- при первом проходе:

M_кр= (33391•50)/(2•100)=8348 Н•м

- при окончательном проходе:

M_кр= (33463•50)/(2•100)=8366 Н•м

Определяем мощность, затрачиваемую на резание:

(22)

- при первом проходе:

- при окончательном проходе:

1.8 Определение основного (технологического) времени на обработку, времени на установку и снятие детали

Под техническим обоснованной нормой времени понимается время, необходимое для выполнения заданного объема работы (операции) при определенных организационно - технических условиях и наиболее эффективном использовании всех средств производства.

Рассчитаем норму штучного времени, Тшт, мин, по формуле:

Тшт =(Та+Тв•Кtв) (1+Тоб/100) (23)

Та - время автоматической основной работы по программе, составленной на основе нормативов вспомогательной (Тва) работы станка, мин;

Кtв=1,1 [4, стр. 200, табл. 5.6]

Определяем вспомогательное время, Тв по формуле:

Та = Тоа + Тва (24)

Тоа = ?L_i/(S_mi•n) (25)

Li - длина пути, проходимого инструментом при обработке i-го технологического участка;

Sm - минутная подача на данном участке;

1, 2, 3… - число технологических участков обработки;

Тоа = 25/(0,005•1•1000)+25/(0,35•1•1200)=5,06 мин

Та = 0,9+5,06=6,86 мин

Тва = Тх + Тост; (26)

Тх - время автоматической вспомогательной работы: на подвод инструмента от исходных точек в зону обработки и отвод, установку инструмента на размер;

Тост - время технологических пауз-остановок подачи и вращения шпинделя для проверки размеров, перезакрепления детали;

Тх. - 0,88 по таблице [4, стр. 202, табл. 5.8],

Тост - 0,4 по таблице [4, стр. 204, табл. 5.10].

Тва=0,88+0,04=0,92 мин

Тв = Тву + Твсп + Тви (27)

Тв - вспомогательное время, мин;

Тву - время на установку и снятие детали;

Твсп - вспомогательное время, связанное с выполнением операции;

Тви - вспомогательное неперекрываемое время на измерение детали;

Тву - 0,25 по таблице [4, стр. 199, табл. 5.5],

Твсп. - 0,75 по таблице [4, стр. 201, табл. 5.7],

Тви - 0,12 по таблице [4, стр. 209, табл. 5.16].

Тв = 0,25+0,12+0,75= 1,12 мин.

Определяем оперативное время, Тоб по формуле:

Тоб= (Тву+Тва+Тоа)/10 (28)

Тоб= (0,75+0,92+5,06)/10=0,35 мин

Тшт =(0,96+1,12•1,1) (1+5,06/100)=2,4 мин

1.9 Разработка управляющей программы на заданную технологическую операцию

Закладываем программу в системе sinumerik:

N1 G0 z-200 x-100;

N2 T01 M6;

N3 G96 S1000 M3 M8;

N4 G0 z0 x10;

N5G1 x-5 F0.005;

N6 x5;

N7 x-10;

N8 x5;

N9 x-15;

N10 x5;

N11 x-20;

N12 x5;

N13 x-24;

N14 x5;

N15G96 S1200 M3 M8;

N16 G1 x-25 F0.35;

N17 x5;

N18 G0 z-200 x100;

N19 M5 M9;

N20 M30;



2. Проектирование электропривода главного движения

2.1 Выбор системы управления электроприводом

К числу важных технических характеристик главных электроприводов станка с ЧПУ относятся широкий диапазон и высокая плавность регулирования частоты вращения шпинделя станка, постоянство частоты его вращения при изменениях нагрузки, колебаниях напряжения сети, нагреве двигателя при длительной работе и других факторов.

Это необходимо учитывать при выборе электропривода и системы его управления.

Целесообразно ориентироваться на использовании комплектных электроприводов, выпускаемых промышленностью для металлорежущих станков.

В настоящее время имеют широкое применение комплектные тиристорные электроприводы постоянного тока с широким диапазоном плавного регулирования частоты вращения и высокой степенью стабилизации частоты вращения.

2.2 Предварительные расчеты по выбору элементов системы управления

Выбор электродвигателя

Мощности на валу двигателя для каждого перехода рассчитывают по формуле:

(29)



Nzi, - мощность резания,

зстi - КПД станка на i-м переходе

КПД станка зависит от нагрузки. Для фрезерных станков КПД при полной загрузке составляет 0,7…0,8.

Примем за номинальный КПД станка среднее значение зстi=0,75.

За номинальную мощность резания NHZ принимаем максимальную мощность резания, полученных при расчете Nziмакс.

Для каждого перехода определяют коэффициенты загрузки станка:

k_1=N_zi/N_HZ (30)

k_1=12,35/7,35=1,7

при полной загрузке k=1.

Потери мощности в механизмах станка состоят из постоянных потерь, не зависящих от нагрузки (потерь холостого хода), и переменных потерь, зависящих от нагрузки:

??N_1=aN?_HZ+bN_zi (31)

a и b - коэффициенты соответственно постоянных и переменных потерь.

?N_1=0,198•7,35+0,132•12,35=3,1

С учётом этого К.П.Д станка при разных нагрузках определяется по формуле:

з_(ст.i)=(N_zi)/(N_zi+?N_1) (32)



з_(ст.i)=(12,35)/(12,35+3,1)=0,8

Таблица 6. Расчётные данные для построения нагрузочной диаграммы

№ перехода	k1		Nzi	Ni	tмi
1	1,7	0,8	3,1	16,5	5,06

Определяется суммарное вспомогательное время tв, которое распределяется равномерно между паузами:

Время паузы:

toi = t_в/n (33)

Если в периоды пауз в обработке двигатель не отключается, то его нагрузка в периоды обусловлена мощностью холостого хода, которая равна постоянным потерям.

N_o=aN_HZ (34)

N_o=0,198•7,35=1,5

На основании полученных данных строится нагрузочная диаграмма в зависимости.

Рисунок 1. Нагрузочная диаграмма привода главного движения



Эквивалентная мощность электродвигателя определяется по формуле:

(35)

По каталогу или справочной литературе выбирается двигатель с необходимой частотой вращения таким образом, чтобы его номинальная мощность была больше или равна эквивалентной мощности, найденной из нагрузочной диаграммы.

Если в результате расчета мощности, необходимой для обработки данной детали, она оказалась меньше паспортной мощности двигателя главного движения станка, то номинальную мощность двигателя следует принять по условию, чтобы обеспечить возможность обработки и других деталей с максимальным использованием возможностей станка.

Исходя из заданных момента и частоты вращения, по каталогу выбираем двигатель типа ПБСТ-63 со следующими данными: Uн =220В,

nн =1600 об/мин, Mн=36,6 Нм, Iн=56 А, GD2=1,030 кгсм2, Рн=11,3 кВт

Допустимая кратность пускового тока In/Iн - 4

Число полюсов 2 р = 4

Обмоточные данные:

Число витков - 117

Сопротивление при 15оС Rя - 0,04 Ом

Число параллельных ветвей 2а =2

Обмотки добавочных полюсов:

Сопротивление при 15оС Rд - 0,02 Ом

Параллельные обмотки:

Сопротивление при 15оС Rв - 0,0254 Ом

Номинальный ток возбуждения двигателя:



Iвн =Uн/aRн (36)

бн=1,2 - коэффициент повышения сопротивления при нагреве

Iвн = 220/(1.2?326)=0,56 А

Номинальный ток якоря:

Iян=Iн-Iвн=56-0,6=55,4 А (37)

Проверка двигателя по перегрузочной способности производится по условию:

(38)

Условие выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

Установленный на станке электродвигатель рассчитан с возможностью обработки других деталей в течение года. По этой причине принимаю электродвигатель, мощность которого указана в паспорте станка.

Выбор тахогенератора

Тахогенератор применяется для осуществления отрицательной обратной связи по скорости с целью повышения жесткости механических характеристик электропривода. Двигатели серии ПБСТ выпускаются со встроенными тахогенераторами типа ТП-1

Uн.тг =230 В,

nн.тг=1600 об/мин,

Рн.тг =11,3 Вт,

Iн.тг=0,0652 А

Rн.тг=34 Ом

Расчет и выбор трансформатора

В соответствии с трехфазной мостовой схемой определяется требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

(39)

Udo=220 В-принимается равным номинальному напряжению двигателя, В

Ксх=1,17 - коэффициент схемы выпрямления

Требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки U2ф, с учетом необходимого запаса:

U2ф=КсКRU'2ф=1,1? 1,1 ? 188=228 В, (40)

Кс=1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

КR=1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора и за счет перекрытия токов.

Требуемое значение линейного напряжения вторичной обмотки:

U'2 л= ?U2ф= ? 228=387,6 В (41)

Действующее значение тока вторичной обмотки:

I2=K1 ?Ki?Id, (42)

Ki=1,05…1,1 - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной

K1=0,577 - коэффициент схемы выпрямления

Id-принимаем равным номинальному току якоря двигателя

Iян=55,4 А

Мощность выпрямляемого тока:

Nd= IdUdo =IянUн=55,4? 220=12188 Вт (43)

Требуемая мощность трансформатора:

Sт=Кс КRKiKпNd, (44)

Kп =1,35 - коэффициент повышения расчетной мощности трансформатора для трехфазной нулевой схемы.

Sт=1,1? 1,1 ? 1,1 ? 1,05 ? 8162=11406,8 Вт=11,4 кВА

По требуемой мощности и напряжению выбирается трехфазный трансформатор типа ТСЗ-25, имеющий следующие данные:

Sт=25; U'2 л=230 В, U1= Uс=380В

Схема соединения обмоток трансформатора при включении в сеть 380В «звезда-звезда».

Выбор вентилей

Вентили выбираются по среднему значению выпрямляемого тока с учетом возможной перегрузки и по максимальному значению обратного напряжения.

Максимальное значение выпрямляемого тока:

Im=2,5Iян=2,5 ? 55,4= 138,5 А

Среднее значение тока через вентиль:

А (45)



m-параметр схемы

Расчетная максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю определяется:

U'обм=КвmUdo= 2,09? 261 = 546,6 В, (46)

Квm - расчетный коэффициент схемы;

Udo - действительная величина среднего значения выпрямляемого напряжения при б=0 и питании выпрямителя от выбранного трансформатора:

(47)

принимаем равным 270.

Uобм=1,4?U'обм= 1,4 ? 546,6 = 765,24 В (48)

По параметрам Iср и Uобм выбираем вентили типа ТСЗ 151.

Параметры вентилей:

Номинальный ток Iвн=22,4 А, номинальное обратное напряжение

Uобм=800В.

Для охлаждения применяются типовые семиреберные охладители из алюминиевых сплавов, которые при естественном воздушном охлаждении позволяют нагружать тиристор током до 40% от номинального, т.е.

Iвдоп=0,4Iвн=0,4 ? 22,4=9 А, что превышает среднее значение тока через вентиль Iср=46,17 А.

Определение расчетных параметров якорной цепи: требуемой индуктивности, суммарной индуктивности, суммарного активного сопротивления

Требуемая суммарная величина индуктивности якорной цепи, обеспечивающая непрерывность тока двигателя, определяется по выражению:

(49)

m=3 - параметр для трехфазной мостовой схемы (число фаз преобразователя, соответствующее числу перекрытий за один период анодного напряжения);

щ=2рf=2 ? 3,14 ? 50=314 рад/с - угловая частота переменного тока;

Iмин=0,1? Iян=0,1 ? 55,4=5,6 А - минимальное значение тока двигателя;

U'п=0,246?Udo=0,246?261,53=64,34В

-действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения для трехфазной мостовой схемы.

(50)

Суммарная индуктивность якорной цепи определяется по формуле:

LУ=Lдв+KLт, (51)

Lдв- индуктивность обмотки якоря двигателя;

(52)



в=0,6 - для машин без компенсационной обмотки;

щдн=0,105nн=0,105 ? 1600=168 рад/с - угловая скорость вращения двигателя;

Uн и Iн - номинальные значения напряжения и силы тока двигателя.

(53)

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к цепи выпрямленного тока:

(54)

(55)

uL=0,095 - относительная величина индуктивной составляющей напряжения короткого замыкания силового трансформатора

K=2 - для трехфазной мостовой схемы.

Суммарная индуктивность якорной цепи:

LУ=Lдв+KLт=0,004+2?0,0021=0,0082 Гн (56)

Так как величина LУ=0,0082 Гн не превышает требуемую индуктивность

Lтр =0,0012 Гн, то установка сглаживающего дросселя не требуется.

Активное сопротивление якорной цепи двигателя:



Rд= б (Rя+Rдп)+Rщ (57)

Rя = 0,04 Ом - активное сопротивление обмотки якоря;

Rдп= 0,0254 Ом - активное сопротивление обмотки дополнительных полюсов;

Rщ = 0,036 Ом - сопротивление щеточных контактов

Rд= б (Rя+Rдп)+Rщ=1,2 (0,04+0,0254)+0,036=0,101 Ом (58)

Активное сопротивление обмотки трансформатора:

(59)

uа = 0,03 - относительная величина активной составляющей напряжения активной составляющей напряжения короткого замыкания силового трансформатора

Коммутативное сопротивление6

Полное сопротивление преобразователя:

Rп=2 (Rт+Rк) =2 (0,204+0,309)=1,26 Ом (60)



Суммарное сопротивление якорной цепи:

RУ=Rп+Rд =1,026+0,101 =21,127 Ом (61)

2.3 Расчет статистических показателей элементов САУ

Структурная схема системы автоматического регулирования в установившемся режиме имеет вид:

Рисунок 2. Структурная схема САУ

Uзд - задающее напряжение

Uос - напряжение обратной связи по скорости

Uб - напряжение ошибки

U'у, Uу - управляющее напряжение

a - угол регулирования преобразователя

Ud - напряжение на двигателе

- чистота вращения двигателя

hс - помеха от изменения напряжения сети hc = 0,1

hп, - помехи от изменения нагрузки преобразователя

hд - помехи от изменения нагрузки двигателя

Кц - коэффициент передачи цепи управления (предварительно Кц = 1)

Ксфу - коэффициент передачи системы фазового управления

Кт - коэффициент передачи тиристорного преобразователя

Кд коэффициент передачи двигателя

Ктг - коэффициент передачи тахогенератора

Суммарная помеха от изменения нагрузки преобразователя двигателя:

hн=hп+ hд=(Rп+Rд)ДIя= RУ ДIя, (62)

ДIя= Iян - 0,1 Iян=55,4-0,1? 55,4=49,86 А (63)

hн=hп+ hд=(Rп+Rд)ДIя= RУ ДIя=1,127 ? 49,86=56,19 В. (64)

Коэффициент передачи двигателя:

(65)

hнпр= Кдhн=1,45 ? 64,02=98,83 рад/с

Относительная помеха от изменения нагрузки преобразователя и двигателя на верхнем пределе диапазона регулирования (ВПДР):

(66)

Относительная помеха от изменения нагрузки преобразователя и двигателя на нижнем пределе диапазона регулирования (НПДР):

Д'2= Д'1D, (67)

D - диапазон регулирования, равный по отношению наибольшей скорости к наименьшей.

(68)

Д'2= Д'1D=0,295 ? 150=44,25

Относительная ошибка с учетом помехи от отклонений сетевого напряжения и расчетный коэффициент запаса (1,1…1,3)

на ВПДР Д1=(1,1…1,3) (Д'1+ Дс)=1,1 (0,295+0,1)=0,43 (69)

на НПДР Д2=(1,1…1,3) (Д'2+ Дс)=1,1 (44,25+0,1)=48,79 (70)

Дс-относительная помеха от отклонений сетевого напряжения, Дс=0,1

Требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы при допустимой статистической ошибке гдоп=0,1

на ВПДР (71)

на НПДР (72)

гдат=0,025 - ошибка тахогенератора, обусловленная нелинейностью его характеристики, составляет примерно 2,5%

Коэффициент передачи тахогенератора:

(74)



Характеристика СФУ привода считается примерно линейной, поэтому Коэффициент передачи СФУ определяется по формуле:

(75)

Дб=90 эл.град - приращение угла отпирания тиристоров;

ДUу=8В - приращение напряжения управления

Аналитическое выражение для характеристики собственно тиристорного преобразователя имеет вид:

Ud=Udocosб=261,53 cosб (76)

Задаваясь значениями угла б от 0° до 90°, рассчитываем значения среднего выпрямленного напряжения Ud и строим регулировочную характеристику Ud=f(б).

Таблица 7 - Регулировочная характеристика Ud=f(б).

б,эл.град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Cosб	1	0,9848	0,9397	0,87	0,766	0,643	0,5	0,342	0,174	0
Ud,В	262	258	246	228	201	169	131	90	46	0



Рис. 2. Характеристика холостого хода тиристорного преобразователя

Напряжение преобразователя при холостом ходе двигателя:

на ВПДР (77)

на НПДР (78)

Приняв приращение напряжения Д Ud~hн=40 В, находим по характеристике Ud=f(б) соответствующие приращения тиристоров Дб1=8° и Дб2=5° и пересчитываем коэффициенты передачи собственно тиристорного преобразователя:



на ВПДР (79)

на НПДР (80)

Действительная величина коэффициента усиления разомкнутой системы:

на ВПДР Кр1= КпКсфуКт1КдКтг=1?11,25?3,1?1,53?0,73=38,95 (81)

на НПДР Кр2 =КпКсфуКт2КдКтг=1?11,25?5?1,53?0,73=62,83 (82)

Коэффициент передачи цепи на предварительной стадии расчетов принимаем равным единице. Действительное значение коэффициента усиления разомкнутой системы на НПДР Кр2 =62,83 получили значительно меньше требуемого Кр2 =589, поэтому для обеспечения заданной статической точности в систему необходимо ввести промежуточный усилитель.

Требуемая величина коэффициента усиления промежуточного усилителя:

(83)

В качестве усилителя ошибки применим транзисторный усилитель со следующими параметрами: коэффициент усиления Ку=150, входное сопротивление Rах=1000 Ом, дрейф нуля hдр=10…20 мВ.

Составляем структурную схема САУ с усилителем в статическом режиме.



Рисунок 3. Структурная схема САУ с усилителем в установившемся режим.

Помеха дрейфа нуля усилителя, приведенная к выходу системы:

на ВПДР hдр1= КуКсфуКт1Кд=15?10-3?150?11,25?3,1?1,53=116,9 рад/с (84)

на НПДР hдр2= КуКсфуКт2Кд=15?10-3?150?11,25?5?1,53=194,6 рад/с (85)

Относительная помеха дрейфа нуля усилителя:

на ВПДР (86)

на НПДР (87)

Суммарная относительная ошибка системы с учетом дрейфа нуля:

на ВПДР ДУ1= Д1+ Ддр1=0,43+0,371=0,8 (88)

на НПДР ДУ2= Д1+ Ддр2=48,79+92,2=151 (89)

Требуемая величина усиления разомкнутой системы:

на ВПДР (90)



на НПДР (91)

(92)

Коэффициент усиления разомкнутой системы (при Кц=1):

на ВПДР К'р1= Кц КуКсфуКт1КдКтг=1?15?10-3?11,25?3,1?1,53?0,73=5843

на НПДР К'р2 = Кц КуКсфуКт2КдКтг=1?15?10-3?11,25?5?1,53?0,73=9424

Таким образом, после введения усилителя выполняется соотношение

К'р>Ктр.

Избыточный коэффициент можно скомпенсировать за счет уменьшения коэффициента передачи цепи, величина которого должна быть не менее:

на ВПДР (93)

на НПДР (94)



Окончательно получаем коэффициент усиления разомкнутой системы:

на ВПДР Кр1= Кц1К'р1=0,002?5843=11,7 (95)

на НПДР Кр2= Кц2К'р2=0,214?9424=2017 (96)

Действительная величина ошибки в замкнутой схеме:

на ВПДР (97)

на НПДР (98)

Таким образом, в рассчитываемой системе будет обеспечено поддержание скорости в статистическом режиме с ошибкой, не превышающей допустимую (гдоп =10%), как на верхнем, так и на нижнем пределах регулирования.

Статическая ошибка замкнутой САР, обусловленная только изменением нагрузки двигателя (статизм системы) на ВПДР 0,295/(1+11,7)=0,023=2,3%



2.4 Расчет динамики системы автоматического регулирования

Анализ устойчивости системы автоматического регулирования

Структурная схема САУ тиристорного электропривода в динамике имеет вид:

Рисунок 4. Структурная схема САУ тиристорного электропривода в динамике

Определяем динамические характеристики отдельных звеньев структурной схемы. Звенья с коэффициентами передачи Кц, Ку, Ксфу, Кт, Ктг считаем безынерционными. На входе системы импульсно - фазового управления установлено апериодическое звено с передаточной функцией:

(99)

То=0,007с

Передаточная функция двигателя по управляющему воздействию имеет вид:

(100)

Выражение для передаточной функции двигателя необходимо привести к виду передаточных функций типовых динамических звеньев.

Рассчитываем момент инерции, приведенный к валу двигателя по формуле:

(101)

Определяем коэффициенты передачи двигателя:

(102)

(103)

Определяем постоянные переменные:

- электромеханическую:

(104)

- электромагнитную:

(105)

При этом выполняется соотношение: Тм>4Тэ, 0,7>0,0073?4=0,03

В этом случае знаменатель передаточной функции может быть представлен в виде: (Т1 р+1) (Т2 р+1)

Для определения постоянных времени Т1 и Т2 решаем уравнение:



ТмТэр2+Тмр+1=0 (106)

(107)

(108)

(109)

Передаточная функция разомкнутой системы по управляющему воздействию:

(110)

Принимаем для расчета наибольший коэффициент усиления разомкнутой системы, который имеет место при работе на НДПР, Кр=613

Проанализируем устойчивость системы с помощью логарифмического критерия. Для этого строим амплитудно-частотную характеристику (ЛАХЧ) Lнс(щ) и логарифмическую фазово - частотную характеристику (ЛФХЧ) цнс(щ) по передаточной функции Wр(р).

Построение графика ведем в следующем порядке:

1-строим оси Lнс(щ) и щ, выбираем масштабы Lнс(щ) и щ;

2-определяем величину 20lgКр, и откладываем ее на оси ординат против отметки 0 декад,

20lgКр=20lg 2017=66,6 дБ.

3 - находим сопрягающие частоты и наносим их на оси частот

lgщс1=lg1= 0 дек; (111)

lgщс2=lg142,9=4,9 дек; (112)

lgщс3=2,16 дек; (113)

Логарифмическая фазово-частотная характеристика (ЛФХЧ) цнс(щ) строится путем алгебраического суммирования логарифмических фазовых, частотных характеристик апериодических звеньев ц1 (щ), ц2 (щ), ц3 (щ) с постоянными времени Т1, Т2, Т0,

Фнс(щ) = ц1 (щ)+ ц2 (щ)+ ц3 (щ) (114)

ц1 (щ)=-arctgТ1щ=-arctg 0,018щ

ц2 (щ)=-arctgТ2щ=-arctg 0,0008щ

ц3 (щ)=-arctgТ3щ=-arctg 0,007щ

Результаты расчета заносим в таблицу.

Таблица 8. Результаты расчетов

щ	с-1	0,1	0,5	1	5	10	50	100	500	1000
Lgщ	дек	-1	-0,3	0	0,7	1	1,7	2	2,7	3
Т1 щ		0,1	0,5	1	5	10	50	100	500	1000
arctg T1(щ)	эл. град	-5о7'	-8о5'	-45о	-74о1'	-84о3	-89о3'	-89о7'	-90о	-90о
Т2 щ		0,0007	0,0035	0,007	0,035	0,07	0,35	0,7	3,5	7
arctg T2(щ)	эл.град	-0 о	-0о12'	-0о24'	-2 о	-4 о	-29о	-35о	-74о	-82о
ц(щ)	эл.град	-5о7'	-8 о 62'	-0 о 24'	-76о1'	-88о3'	-108о3'	-124о7'	-164о	-172о

Синтез корректирующего устройства

Для придания системе устойчивости и требуемых показателей качества переходных процессов введем в систему параллельное корректирующее устройство. Корректирующей обратной связью охватываем усилитель вместе с апериодическим звеном с постоянной времени То, которое образовано выходным сопротивлением усилителя и емкостью на его выходе. Цепь подключения корректирующего устройства показана на структурной схеме пунктиром.

Синтез параллельного корректирующего устройства начинается с построения желаемой ЛАЧХ.

Исходными данными ее построения:

- допустимое время переходного процесса tпд = 0,06 с

- допустимая величина перерегулирования в системе

Желаемая ЛАЧХ может быть разделена на три части:

- низкочастотную

- среднечастотную

- высокочастотную

Низкочастотная ЛАЧХ определяет точность работы системы в установленном режиме. Низкочастотная часть лежит в пределах от минимальных частот до частоты первого сопряжения.

Вид среднечастотной ЛАЧХ определяет в основном качество переходного процесса. При частоте среза () наклон ЛАЧХ должен быть -20 дб ?дек, причем чем длинней участок характеристики с наклоном - 20 дб ?дек, тем меньше перерегулирование в системе. Время же переходного процесса тем меньше, чем больше частота среза. При построении желаемое ЛАЧХ необходимо сформировать среднечастотной участок так, чтобы удовлетворить заданным требованиям по времени переходного процесса и величине перерегулирования.

Требуемая минимальная частота среза желаемой ЛАЧХ может быть найдена по соотношению:

(114)

Где величина коэффициента Ко выбирается по кривой следующего рисунка в зависимости от допустимого перерегулирования. График для определения параметров желаемой ЛАЧХ показан на рис. 5.

Длиной центрального участка с наклоном - 20 дб ?дек можно задавать по частотным интервалам. Требуемая величина второго интервала определяется в зависимости от по кривой В = f(), приведенном на графике для определения параметров желаемой ЛАЧХ рисунок б. При этом запас по фазе при частоте должен быть не менее 40°.

Рисунок 5. Графики для определения параметров желаемой ЛАЧХ

Примем среза желаемое равное 35%

На графике для определения параметров желаемой ЛАЧХ рисунок б, показана также зависимость величины перерегулирования от запаса устойчивости по фазе. По этой кривой после построения ЛАЧХ и ЛФЧХ может быть приближенно найдена величина перерегулирования в системе.

Высокочастотная часть логарифмической частотной характеристики незначительно влияет на вид переходного процесса. Поэтому ее следует выбирать аналогичной ЛАЧХ нескорректированной системы с тем, чтобы усложнять корректирующее устройство.

Определяем параметр желаемой ЛАЧХ.

Передаточная функция синтеза звеньев, неохваченных корректирующей обратной связью

(116)

(117)

20lgКно=20lg1,13 = 22,6 дБ

Строим ЛАЧХ звеньев, неохваченных обратной связью Lку(щ). ЛАЧХ корректирующего устройства Lку(щ) получена вычитанием из ЛАЧХ неохваченных звеньев желаемой ЛАЧХ Lж(щ).

Lку(щ)= Lно(щ) - Lж(щ) (118)

Lку(щ)= 22,6-50=27,4

20lg1,67 = 33,4 дБ

Следующим этапом является выбор системы корректирующего устройства и расчет его параметров.

Используя таблицы типовых корректирующих звеньев, устанавливаем, то требуемый вид ЛАЧХ корректирующего устройства может быть получен с помощью двух послдовательно соединенных звеньев, передаточные функции имеют вид



W1 (p)= (T?p+1)/(T?p+1), (119)

W2 (p)= (T?p+1)/(T?p+1), (120)

Где T4=C2R4; T5=(R2+R4) C2; T6=R1C1; T7=(R1+R2) C1

Выражение для передаточной функции W1 (p) записано для случая, когда сопротивление нагрузки первого звена стремится к ?, что приближенно выполняется при условиях R1 << (R2 + R4) и C1 <<С.

С учетом указанных условий передаточная функция корректирующего устройства имеет вид:

(121)

а)

б)

а) электрическая схема; б) логарифмическая амплитудная частотная характеристика

Рисунок 6. Корректирующее звено



Для ЛАЧХ LКУ(щ) имеем:

; ;

определяем постоянные времени:

T5=1/ =1/1=1с (122)

T6=1/ =1/2,5=0,4с (123)

Построение логарифмической фазовой частотной характеристики цск(щ) выполняем по виду ЛАЧХ скорректированной системы. Частоты сопряжения и, где наклон ЛАЧХ скорректированной системы дополнительно изменяется на - 20дБ/дек, являются частотами сопряжения апериодических звеньев. Им соответствуют ЛФЧХ и. Частота, где наклон ЛАЧХ дополнительно изменяется на +20 дб/дек, является частотой сопряжения реального дифференцирующего звена, ему соответствует ЛФЧХ. Учитывая, что наклон низкочастотного участка Lж составляет -20 дБ/дек, проводим ЛФЧХ интегрирующего звена ци(щ)=-р/2

Уравнение ЛФЧХ цск(щ) имеет вид:

цск(щ)=ци(щ)+ц2 (щ)ц' (щ)+ц» (щ)=-р/2 - arctgT1щ - arctgTґґщ - arctgTґщ (124)

Т1=0,1с; Tґ=0,25с; Tґґ=0,1с

цск(щ)=-р/2 - arctg 0,1щ - arctg 0,25щ+ arctg 0,1щ (125)



Данные расчетов заносим в таблицу.

Таблица 9. Данные расчетов

щ	с-1	0,1	0,5	1	5	10	50	100	500	1000
lgщ	дек	-1	-0,3	0	0,7	1	1,7	2	2,7	3
ц(щ)		-90о	-90о	-90о	-90о	-90о	-90о	-90о	-90о	-90о
ц1(щ)	эл.град.	-5о7'	-8о5'	-45о	-74о1'	-84о3'	-89о3'	-89о7'	-90о	-90о
Т ' щ		0,1	0,5	1	5	10	50	100	500	1000
ц'(щ)	эл.град.	5о7'	26о6'	45о	78о7'	84о 3'	88о9'	89о4'	89о9'	89о9'
Т" щ		0,25	0,2	0,4	2	4	20	40	200	400
ц"(щ)	эл.град.	-14о	-11о3'	-21о8'	-63о4'	-76о	-87о1'	-88о6'	-89о7'	-89о
цск(щ)	эл.град.	-104о	-74о3'	-66о8'	-148о8'	-166о	-177о7'	-178о4'	-179о8'	-180о

Преобразование аналогового регулятора в цифровой

Системы управления скоростью электроприводов постоянного и переменного тока, могут быть представлены как аналоговые, если в них используются аналоговые устройства обработки информации о скорости движения электропривода, так и цифроаналоговые и цифровые.

Однако в настоящее время при разработке систем управления широко применяются цифровые преобразователи, т.к. аналоговые преобразователи имеет меньшую точность, а также большую динамическую погрешность при изменениях напряжения.

Цифроаналоговые системы управления электроприводами, так же как и аналоговые системы, структурно могут выполняться по принципам подчиненного управления. Цифровая часть системы в этом случае относится в основном к контуру регулирования скорости и включает в себя цифровую систему обработки информацию о скорости электропривода и цифровой PC. Аналоговая часть системы включает в себя внутренние контуры регулирования тока, напряжения и других параметров электропривода. Согласование цифровой части с аналоговой выполняется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Переходные процессы в цифроаналоговой системе регулирования скорости будут близкими к переходным процессам в соответствующей ей по параметрам аналоговой системе. Вместе с тем, наличие цифровой части системы с ИДС дает возможность получить высокую точность стабилизации скорости и выполнить удобное согласование системы управления с устройством задания скорости в цифровой форме.

Используемые в системах электроприводов тиристорные преобразователи по своему принципу работы являются дискретными устройствами, управление которыми производится в импульсной форме. В связи с этим становится логичным производить управление ими от блоков управления, в которых входная цифровая информация преобразуется в импульсы с определенным фазовым сдвигом без промежуточного преобразования в аналоговую форму. В таком виде система управления электроприводом становится полностью цифровой системой. Имеются разнообразные способы выполнения цифровых систем управления, основанные на использовании следующих основных устройств:

- устройства синхронизации, согласующего управляющие импульсы с частотой сети;

- сдвигающего устройства, выполняющего сдвиг по фазе управляющих импульсов в соответствии с управляющим сигналом в цифровой форме; распределителя импульсов по тиристорам в соответствии с последовательностью их работы в конкретной схеме преобразователя.

2.5 Практическая реализация системы управления электропривода главного движения

Анализ существующих средств автоматизации

Известные в настоящее время технические устройства для частотного управления асинхронным электроприводом в полной мере не отвечают требованиям, предъявляемым к мощному высоковольтному электроприводу и им присущи следующие недостатки:

- ограниченная низкоскоростными электроприводами область применения;

- необходимость изготовления специальной машины или переделка серийной; - применение специальных устройств для механического сочленения валов; - невозможность применения в запыленных и агрессивных средах, что обусловлено наличием датчиков на валу и внутри машины;

- высокая сложность технической реализации, обусловленная наличием сложных технических устройств: координатного преобразования, векторных фильтров, фазовращателей, функциональных преобразователей, блоков коррекции мгновенного значения частоты;

- наличие большого числа датчиков, осуществляющих высоковольтную гальваническую развязку;

- невысокая надежность, что обусловлено наличием датчиков на валу и внутри машины, высокой сложностью технической реализации блоков АСР.

Выбор измерительных устройств (датчик скорости)

Датчик скорости MD-36

МD-36 - это датчик скорости для весового ленточного дозатора. Его сигналы передаются в преобразователь сигналов для расчета количества транспортируемого материала.

МD-36 присоединяется прямо на вал привода или на концевой (направляющий) ролик. Он дает точный результат без влияния проскальзываний или образования наслоений материала.

Применяя оптическую связь с большим разрешением, он преобразует вращение вала привода в 36 импульсов на оборот. Цифровой сигнал передается на вход скорости преобразователя Milltronics (любой модели) для расчета скорости, количества транспортируемого материала и итогового количества.

Частотный сигнал пропорционален частоте вращения вала привода. Низкая или переменная частота вращения может быть также надежно измерена. Оптическая связь, которая производит прямоугольные импульсы, применена во избежание негативных влияний на сигнал, обусловленных, например, вибрациями или колебаниями вала.

Простой в монтаже MD-36 может устанавливаться для любого направления транспортировки.

Таблица 10. Технические характеристики

Питание	+15 В пост. тока, 25 мА - от интегратора
Температура	от -40 до 55 0С
Вход	вращение вала от 0 до 2 об/мин, в двух направлениях
Выход	понижающий выход с открытым коллектором, макс. 25 мА при 15 В постоянного тока 36 импульсов на оборот от 0 до 2 об/мин = от 0 до 1200 Гц
Вход:Выход	1:1 (отношение токов быстрого и медленного плавдения)
Сертификаты	СЕ CSA&FM NEMA 4 rated

Выбор управляющего контроллера с указанием технических характеристик

Контроллеры безопасности UE 100.

Управляющие контроллеры серии UE 100 - технологические устройства для специальных применений в сетях средней сложности. Данные контроллеры могут быть использованы для замены традиционных релейных блоков. Также, посредством контроллеров UE 100 можно решать одновременно две задачи повышенной сложности для обеспечения безопасности на производстве.

Контроллеры UE 440/470.

- управление двумя интерфейсами категории безопасности 4 для подключения интеллектуальных устройств типа C 4000/S 3000;

- 15 одноканальных входов, 7 из которых могут быть использованы как двухканальные;

- 2 пары безопасных выходов (кат. 4) для управления внешними устройствами (EDM) и блокировкой перезапуска;

- 4 OSSD выхода;

- 8 выходов HIGH, 4 выхода LOW;

- 2 тестовых выхода;

- категория остановки 0 и 1.

При применении UE 470 на гидравлических прессах и внецентровых инструментах контроллеры осуществляют управление промышленным оборудованием посредством трех сигналов: верхняя блокировка (TDC), нижняя блокировка (BDC), остановка цикла (SCC).

Преимущества контроллеров серии UE 100:

- легкость в обслуживании благодаря унифицированному процессу конфигурирования и диагностики для подключенных интеллектуальных

устройств защиты типа S 3000 и C 4000

- удобный пользовательский интерфейс программирования по принципу «тяни и бросай»

- легкость проводного подключения благодаря логической связи устройств безопасности (AND, OR, NAND и т.д.)

- защита от взлома благодаря нескольким уровням пароля

- функциональное расширение возможностей интеллектуальных датчиков SICK (одновременный мониторинг площади S 3000)

- автоматическое конфигурирование интеллектуальных датчиков SICK (С 4000)

- минимальное время отклика, что позволяет оптимизировать безопасное расстояние между промышленным оборудованием и оператором.

Технические характеристики:

Напряжение питания - 24 В пост. тока, ±20%

Максимальная мощность потребления - 4.5 А

Класс защиты - III (безопасное сверхнизкое напряжение)

Время отклика - менее 10 мс

Время задержки (регул.) - 0…90 мс

Регулируемое время рассогласования на входах - 0…30 с

Класс защиты - IP 20

Контроллер серии Granch SBTC2-PB.

Контроллеры предназначены для измерения непрерывных сигналов датчиков, представленных напряжением постоянного и переменного тока, постоянным и переменным током и сопротивлением постоянному току, преобразование измеренных значений физических величин, формирование сигналов управления по заданным алгоритмам, приёмы и передачи информации про последовательным каналам связи.

Основная область применения контроллеров - в САУ технологическим процессом, в том числе связанных с обеспечением безопасности жизнедеятельности в подземных выработках рудников и угольных шахт, опасных по газу и горючей пыли и внезапным выбросам.

Алгоритм работы контроллера определяется пользователем в соответствии с требованиями к системе управления, создаваемой с использованием контроллера., в соответствии с документацией обеспечение контроллера.