Проектування електроприводу головного руху поздовжньо-стругального верстата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

електропривод машина двигун

Сучасні металорізальні верстати - це високорозвинені машини, що включають велике число механізмів і використовують механічні, електронні, гідравлічні, пневматичні та інші методи здійснення рухів і управління циклом. За конструкцією і призначенням важко знайти більш різноманітні машини, ніж металорізальні верстати. На них обробляють всілякі деталі - від найдрібніших елементів годинників і приладів до деталей, розміри яких сягають багатьох метрів, - турбін, прокатних станів, теплоходів. На верстатах обробляють і прості циліндричні поверхні, і поверхні, що описуються складними математичними рівняннями або задані графічно, наприклад, для криволінійних кулачків, турбінних лопаток, штампів, лопатей гвинтів. При цьому досягається висока точність обробки, яка вимірюється нерідко частками мікрометра.

На верстатах обробляються деталі з сталей і чавунів, з кольорових, спеціальних жароміцних, легких, твердих і інших сплавів, з пластмас, дерева, кварцу, феромагнітних сплавів і інших матеріалів. Обробляють деталі з радіоактивних матеріалів, коли верстатом доводиться управляти з віддаленого від місця обробки пульта, а за процесом спостерігати на екрані панелі оператора.

Дедалі більшого розвитку отримують верстати з програмним управлінням, в тому числі багатоцільові, що забезпечують високу мобільність виробництва, точність і продуктивність обробки. Автоматика все ширше застосовується не тільки для підвищення продуктивності процесу обробки, але і для отримання його високих якісних показників. Управління від ЕОМ групою верстатів, можливість оптимізувати процес обробки і автоматично встановлювати необхідні режими обробки з урахуванням мінливих умов також характерно для автоматичних систем сучасних верстатів.

При створенні нових верстатів використовуються досягнення верстатобудівної промисловості і науки. Наприклад, на конструкцію верстата впливає створення нових типів електродвигунів (високомоментних, лінійних), поява нових датчиків (перетворювачів) положення, вдосконалення електрогідравлічної і оптичної апаратури, створення нових методів управління від спеціалізованих ЕОМ і т. Д. Мікропроцесорні пристрої керування перетворюють верстат в верстатний модуль , що поєднує гнучкість і універсальність з високим рівнем автоматизації.

Застосування верстатних модулів можливо тільки при повній автоматизації всіх допоміжних операцій за рахунок широкого використання маніпуляторів і промислових роботів. Це відноситься до операцій, пов'язаних зі зміною заготовки, ріжучих інструментів, технологічної оснастки, з операціями вимірювання заготовки, інструменту, з операціями дроблення і видалення стружки.

Удосконалення сучасних верстатів повинно забезпечувати підвищення швидкостей робочих і допоміжних рухів при відповідному підвищенні потужності приводу головного руху.

Виключне значення набуває підвищення надійності верстатів за рахунок насичення їх засобами контролю і вимірювання, а також введення в верстати систем діагностування.

У сучасних верстатах використовують широкий набір засобів вимірювання, іноді дуже точних, таких, наприклад, як лазерні інтерферометри, для збору поточної інформації про стан верстата, інструменту, допоміжних пристроїв і для отримання достовірних даних про справній роботі.

Сучасні металорізальні верстати забезпечують виключно високу точність оброблених деталей. Відповідальні поверхні найбільш важливих деталей машин і приладів обробляють на верстатах з похибкою в частках мікрометра, а шорсткість поверхні при алмазному точінні не перевищує сотих часток мікрометра. Вимоги до точності постійно ростуть, і це, в свою чергу, ставить нові завдання перед інженерами-конструкторами.

Залежно від характеру виконуваних робіт, виду застосовуваних інструментів і форми утвореною поверхні металорізальні верстати поділяються на наступні дев'ять груп: 1) токарні; 2) свердлильні й розточувальні; 3) шліфувальні; 4) комбіновані; 5) зубо- та різбленняобробні; 6) фрезерні; 7) стругальне і довбальні; 8) відрізні; 9) різні. Всередині груп верстати поділяються на типи (моделі).

Залежно від технологічних можливостей обробки деталей різних розмірів, форм і характеру організації виробництва розрізняють верстати:

1) універсальні і широкого призначення, Службовці для виконання різних операцій (наприклад, точіння, свердління, нарізування різьблення і ін.) І способів обробки (наприклад, фрезерування і розточування отворів), при обробці виробів багатьох найменувань і типорозмірів; такі верстати застосовуються при штучному і дрібносерійного виробництва в ремонтних цехах, майстерень і т. д;

2) спеціалізовані, Призначені для обробки деталей, подібних за формою, але мають різні розміри; такі верстати використовуються в серійному виробництві;

3) спеціальні, Службовці для обробки деталей одного типорозміру; верстати такого виду застосовуються у велико серійному і масовому виробництвах;

4) гнучкі виробничі модулі (ГПМ) представляють собою автоматизовану універсальну технологічну осередок, основою якої є верстат з повним набором маніпуляторів, контрольних і вимірювальних приладів.

Завдання до курсової роботи

Проектування електроприводу головного руху поздовжньо - стругального верстату.

Стіл поздовжньо - стругального верстата приводиться до руху електродвигуном через редуктор (рис. 1). Режим роботи - тривалий (S1).



Рис. 1 - Кінематична схема механізму пересування столу подовжньо - стругального верстата

електропривод машина двигун

У цикл роботи входять наступні операції:

а) пуск, усталений рух, гальмування на прямому ході (робочий хід) відповідно за час tр, tу, tг, s;

б) реверс із прямого ходу, усталений рух, гальмування на зворотному ході (холостій хід) відповідно за час tоп, tоу, tог, s.

Врізання різця в деталь і його вихід з деталі відбуваються в процесі розгону (гальмування).

Таблиця 1 - Вихідні дані

Варіант	6
Довжина ходу столу L, m	8,8
Вага столу Gc, kN	140
Найбільша вага деталі Gд, kN	200
Максимальна сила різання Fр, kN	85
Діапазон регулювання швидкості D	8 : 1
Швидкість прямого ходу Vп, m/min	21
Швидкість зворотного ходу Vо, m/min	31
Прискорення на прямому ході aпп, m/sІ	0,65
Уповільнення на прямому ході aпу, m/sІ	0,65
Прискорення на зворотньому ході aоп, m/sІ	0,85
Уповільнення на зворотньому ході aоу, m/sІ	0,85
Діаметр ходового колеса, m	0,25



1.Опис робочої машини і технологічного процесу

Поздовжньо-стругальні верстати призначаються, в основному, для обробки різцями плоских горизонтальних і вертикальних поверхонь у великих деталей великої довжини. На цих верстатах можна також виробляти прорізання прямолінійних канавок різного профілю, Т-образних пазів і т.д.

Деталі середніх розмірів встановлюються рядами на столі верстата і обробляються одночасно. Поздовжньо-стругальні верстати поділяються на одностоєчні (з консольної поперечиною) і двостоякові (портального типу).

На рис. 2 показаний загальний вигляд двостійкового поздовжньо-стругального верстата.

Рис. 2 - Загальний вигляд важкого поздовжньо-стругального верстата

Його станина 1 має поздовжні напрямні (плоскі і V-подібні). За ним зворотно-поступально рухається стіл 2, на якому закріплюють оброблювану деталь. Переміщення столу - головний рух - здійснюється від електродвигуна 9 через редуктор і рейкову передачу, яка складається з рейки (прямозубої, косозубої або черв'ячної), прикрутити знизу до столу по всій його довжині, і рейкового колеса або розташованого під кутом черв'яка. Зняття стружки з оброблюваної деталі (стругання) відбувається при ході столу вперед (прямий, або робочий хід). Хід столу назад (зворотний хід) відбувається зазвичай з підвищеною швидкістю, і зняття стружки не проводиться (холостий хід), а різці в цей час автоматично відводяться від обробленої поверхні (піднімаються). Зміна напрямку руху стола проводиться або за допомогою електромагнітної реверсивної муфти (на малих верстатах), або за допомогою реверсування головного двигуна. Портал верстата 6 утворений двома вертикальними стійками і верхньою балкою. До цієї балці прикріплена підвіска 5 пульта управління 11. По вертикальних напрямних стійок за допомогою ходових гвинтів переміщаються поперечина (траверса) 3 і бічний супорт 10 (деякі верстати мають два бічних супорти). Поперечина має горизонтальні напрямні, по яких можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення. Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів. або за допомогою реверсування головного двигуна.

Портал верстата 6 утворений двома вертикальними стійками і верхньою балкою. До цієї балці прикріплена підвіска 5 пульта управління 11. По вертикальних напрямних стійок за допомогою ходових гвинтів переміщаються поперечина (траверса) 3 і бічний супорт 10 (деякі верстати мають два бічних су- 35 порти). Поперечина має горизонтальні напрямні, по яких можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення. Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів. або за допомогою реверсування головного двигуна. Портал верстата 6 утворений двома вертикальними стійками і верхньою балкою. До цієї балці прикріплена підвіска 5 пульта управління 11. По вертикальних напрямних стійок за допомогою ходових гвинтів переміщаються поперечина (траверса) 3 і бічний супорт 10 (деякі верстати мають два бічних супорти). Поперечина має горизонтальні напрямні, по яких можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення. Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів. До цієї балці прикріплена підвіска 5 пульта управління 11. По вертикальних напрямних стійок за допомогою ходових гвинтів переміщаються поперечина (траверса) 3 і бічний супорт 10 (деякі верстати мають два бічних супорти). Поперечина має горизонтальні напрямні, по яких можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення. Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів. До цієї балці прикріплена підвіска 5 пульта управління 11. По вертикальних напрямних стійок за допомогою ходових гвинтів переміщаються поперечина (траверса) 3 і бічний супорт 10 (деякі верстати мають два бічних супорти). Поперечина має горизонтальні напрямні, по яких можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення.

Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів. за якими можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення. Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів. за якими можуть переміщатися вертикальні супорти 4. Супорти верстата з закріпленими в них різцями здійснюють переривчасту періодичну подачу за час реверсу столу з зворотного ходу на прямий і швидкі настановні переміщення. Рух супортам передається через коробки подач 7 і 8 від окремих електродвигунів.

Основними величинами, що характеризують розміри і технологічні можливості різних поздовжньо-стругальних верстатів, є найбільша довжина стругання (хід столу) L (від 1,5 до12 м), Найбільша ширина 36 обробки (від 0,7 до 4 м) І найбільше тягове посилення на рейці столу F m (До 30 ... 70 кН і більше).

2.Вибір системи електроприводу

При виборі системи електроприводу керуються вимогами технологічного процесу, режимом роботи і умовами експлуатації приводного двигуна. Ознайомившись з технологічним процесом та керуючись класифікацією електроприводів наведемо основних вимого до нього:

За видом руху - обертального руху безперервної дії;

За ступенем керованості - регулюємий;

За способом з'єднання - редукторний;

За рівнем автоматизації - автоматичний або автоматизований;

За способом передачі механічної енергії - індивідуальний;

За родом струму - постійного або змінного струму.

Додамо ще такі вимоги до електроприводу - електропривод повинен бути:

- Реверсивним

- Мати двозонне регулювання (вимога підвищення швидкості на неробочому ході)

- Двигун та система керування розташовані в умовах помірного клімату, в закритому приміщенні, в якому виключена конденсація вологи, відсутній струмопровідний пил, агресивні пари та гази.

Для проектування обираємо систему ТП-Д.



3.Розрахунок діаграми швидкості механізму

Розрахунок і побудова діаграм швидкості передують розрахунку і побудові діаграм навантажень. Більш того, діаграми навантажень механізму або двигуна як функції Pt або M t можуть бути вірно побудовані тільки при сумісному розгляданні з відповідними діаграмами Vt або t . На початкових етапах проектування доцільно будувати діаграму швидкості механізму. Ця ж діаграма, але в іншому масштабі, є і діаграмою кутової швидкості двигуна (тахограмою двигуна).

У відповідності до завдання всі перехідні процеси пуску або гальмування є рівноприскореними або рівноуповільненими. В цьому випадку елементи діаграми розраховуються за допомогою простих алгебраїчних формул.

Час розгону або гальмування визначаються за формулою

де V - задана швидкість механізму,

а - абсолютне значення прискорення,

Відповідно завданню швидкість прямого ходу 0,35 , швидкість зворотнього ходу 0,516 , прискорення та уповільнення на прямому ході 0,65, прискорення та уповільнення на зворотному ході 0,85.

Таким чином підрахувавши отримаємо:

Час розгону та гальмування на прямому ході ;

Час розгону та гальмування на зворотньому ході .

Шлях розгону або гальмування



де - початкова швидкість механізму у перехідному процесі, m/s.

Оскільки діаграма швидкості трапецеїдальна, симетрична, шлях при розгоні та гальмуванні буде однаковим.

Прямий хід

Зворотній хід

Шлях сталого (усталеного) руху

де - заданий шлях переміщення, m;

шлях розгону і гальмування, m

Прямий хід

Зворотній хід

Час сталого (усталеного) руху

Прямий хід

Зворотній хід

Як можна побачити час зворотного руху майже в двічі менший за час прямого ходу.

Час циклу роботи верстату

В тому числі час прямого руху складає , та час зворотного руху .

Рис. 3 - Графік швидкості від часу поздовжньо-стругального верстата

4.Розрахунок статичних потужностей механізму в сталих режимах

Статичні потужності механізму використовуються в наближених розрахунках по вибору приводного двигуна.

При поступальному ході на робочому органі механізмів розвивається сила, що розглядається як корисна, наприклад сила різання або вага вантажу. Одночасно в механізмах діють шкідливі сили тертя, які розраховуються залежно від фізичної природи цих сил.

Сила тертя ковзання в направляючих металоріжучого верстату

де нормальна складова сили, N;

м = 0,05-0,07 - коефіцієнт тертя ковзання, в.о.

Сила тертя при прямому ході:

Сила тертя при зворотному ході:

Потужність, що необхідна для пересування робочого органу механізму із заданою швидкістю

де P- потужність, kW;

F- рівнодіюча корисних і шкідливих сил, N;

V - швидкість переміщення, m/s.

Потужність необхідна для прямого ходу.

Потужність необхідна для зворотного ходу.



5.Попереднй вибір двигуна

На етапі попереднього вибору двигуна використовується діаграма статичної потужності в режимах робочого і неробочого ходу без уточнення її на ділянках розгону і гальмування. При використанні методу еквівалентної потужності спочатку визначається режим роботи двигуна по нагріву. Зазвичай, механізми безперервної дії, наприклад продольно - стругальний верстат працюють у тривалому режимі S1. Механізми циклічної дії, такі як підйомно - транспортні, працюють в режимі повторно - короткочасному S3.

Відповідно до методу еквівалентних величин еквівалентна потужність для випадку тривалого режиму роботи S1

Номінальна потужність за нагрівом:

Де = 1,1...1,5- коефіцієнт завищення потужності, що враховує динамічні навантаження, не враховані в діаграмі статичної потужності

В результаті попереднього вибору двигуна було обрано двигун серії 2ПН. Лінійка двигунів постійного струму 2ПН призначена для регульованих електроприводів різних механізмів, включаючи електроприводи металорізальних верстатів. Була обрана модель 2ПН-180МУ4 з наступними номінальними даними, котрі записані до таблиці 2.

Таблица.2 Номінальні дані обраного двигуна.

№	Найменування параметру
1	Номінальний момент Mн , Н?м	117,7
2	Номінальна частота оберт. Nн . об / хв.	3000
3	Номінальна потужність Pн , кВт	37
4	Номінальний струм якорю In , A	185
5	Номінальна напруга якорю Un , B	220
6	Номінальний магн. потік Фн , мВб	10,5
7	Номінальний ККД , ?н , %	89,5
8	Момент інерції якорю , Jя , кгм	0,2
9	Годинна потужність Pг , кВт	37,7
10	Максимальний момент , Mмакс, Нм	588,5
11	Максимальна частота обертання за рахунок підвищення напруги , об/хв	3500
12	Максимальна частота обертання за рахунок ослаблення поля , об/хв	3500
13	Максимальне прискорення , 1/с	2942
14	Теплова постійна часу Тт . , хв.	14,58
15	Електромеханічна постійна часу Тм, мс	18
16	Електромагнітна постійна часу Тe , мс	18,37
17	Число витків обмотки якорю Wя	99
18	Опір обмотки якорю Rя при 15°С , Ом	0,22
19	Опір додаткових полюсів Rдп при 15°С , Ом	0,015
20	Індуктивність якоря при повному полі, Lя , мГн	2,7
21	Число витків на полюс обмотки збудження , Wз	952 490
22	Опір обмотки збудження при 15° С , Rз, Ом	55,5 12,8

6.Розрахунок параметрів механічної передачі

Перетворення обертального руху валу двигуна в поступальне робочого органу здійснюється по кінематичному ланцюгу редуктор - барабан - канат або редуктор - зубчате колесо - зубчата рейка.

Необхідний радіус приведення механічної передачі



де Vп - швидкість прямого ходу механізму, m/s;

- номінальна швидкість двигуна, 1/s.

Номінальна швидкість двигуна:

Передавальне число редуктора

Отримане передавальне число редуктора округляється до нормованого числа, тому i_р=225. Будемо використовувати циліндричний редуктор в триступінчатому виконанні.

По співвідношенню швидкостей на зворотному і прямому ході механізму визначається припустима максимальна швидкість двигуна

і перевіряється можливість її реалізації виходячи з перевантажувальної здатності двигуна за швидкістю. У всіх механізмів вважаємо, що максимальна швидкість досягається за рахунок ослаблення магнітного потоку.

Вплив сил тертя в механічній передачі враховуємо введенням розрахункового коефіцієнта корисної дії. Приймаємо, що номінальний ККД передачі відповідає завантаженню механізму на робочому ході. ККД передачі механізмів з канатною передачею.

де - ККД редуктора

- ККД канатної передачі

У свою чергу ККД редуктора

де 0,95…0,98 - ККД однієї зубчатої пари або одного ступеня редуктора;

m - число ступенів редуктора.

ККД передачі із зубчатою рейкою

Тут пара зубчате колесо-рейка розглядається як додатковий ступінь редуктора.

Втрати в редукторі так само, як і в багатьох інших механізмах, мають постійну складову a_K не залежну від навантаження, і змінну складову a_V , залежну від навантаження. Співвідношення цих втрат зазвичай виражається коефіцієнтом K =1,3.

Коефіцієнти втрат визначають з виразів



ККД редуктора в режимі довільного навантаження менше номінального і залежить від коефіцієнта завантаження ?? і співвідношення між aK і aV :

Де Рі - поточне значення потужності на робочому органі, kW

Pн - номінальна потужність передачі ( потужність прямого ходу), kW

При приведенні потужності механізму до валу двигуна крім ККД, враховується режим його роботи.

7. Розрахунок діаграм навантажень електроприводу

Відповідно до номінальної швидкості вибраного двигуна уточнюють передавальне число редуктора

Наведена швидкість:



Уточнене значення передавального числа редуктора дає можливість привести діючі сили і рушійні маси механізму до валу двигуна і уточнену діаграму навантаження. На відміну від діаграми статичної потужності уточнена діаграма навантаження М = f (t) містить ділянки, відповідні динамічним режимам. Значення статичного моменту на ділянках діаграми залежить від значення і характеру дії статичної сили, ККД редуктора, знака швидкості і напряму потоку енергії. Значення динамічного моменту залежить від заданого прискорення, приведеного моменту інерції, знака швидкості і виду режиму (пуск, гальмування). Для металорежущих стругальний верстата діють 2 значення статичного наведеного моменту.

Наведений момент прямого ходу при різанні:

Зворотний хід відбувається при меншій споживаної потужності, отже при погіршеному значенні зМПн

Момент холостого ходу:



На ділянках діаграми навантаження, де двигун постійного струму працює з ослабленим магнітним потоком, збільшення струму якоря, а отже, і нагрівання, момент враховується приблизно за виразом:

Сумарний приведений момент інерції приводу верстата:

Де k_i = 1,1 - коефіцієнт враховує інерційність частин знаходяться на одному валу з двигуном.

m - маса поступально рухомих частин механізму

Динамічний момент на валу двигуна:

де - кутове прискорення вала двигуна, 1/с



Потрібний на даній ділянці момент на валу двигуна визначається як алгебраїчна сума статичного і динамічного моментів. Графіки сумарного моменту і його складові будують в масштабі часу.

При побудові графіків моментів знаходимо такі ділянки:

1 ділянка: стіл розганяється, відбувається рух вперед

2 ділянку: розгін триває, але входить різець

3 ділянку: закінчився розгін, діє прямолінійний рух

4 ділянку: різець ще в деталі, але стіл починає гальмувати

5 ділянку: різець виходить з деталі, але триває гальмування

6 ділянку: розгін в зворотну сторону



7 ділянку: розгін в зворотну сторону закінчився, присутній статичний зворотний момент

8 ділянку: присутній статичний обр. момент і динамічне зворотне Гальмування

За отриманими даними розрухунку будується графік залежность моменту від часу, результат побудови зображено на рисунку 3.

Рис. 3 Графік залежность моменту від часу

8. Перевірка двигуна по нагріву і перевантаженню

Попередня перевірка двигуна по нагріванню здійснюється на основі уточненої діаграми навантаження методом еквівалентного моменту. Для тривалого режиму роботи:

значить по нагріванню двигун проходить

Допустимий Мпер=588,5 Н*м, а Мmax згідно діаграми М₂ = 287,17 Н*м, значить перевантаження по моменту теж витримає.

9. Розрахунок і вибір керованого перетворювача

Перетворювач вибирається по номінальному вихідному напрузі, узгодженої зі шкалою номінальних напруг двигунів і по еквівалентному струму. Комплектні перетворювачі мають номінальну випрямлена напруга U_dн = 115,230,460 В відповідно для двигунів з номінальною напругою якоря 110, 220 і 440 В. Еквівалентний струм перетворювача враховує як корисну складову струму навантаження, так і складову, яка відображає момент втрат в двигуні. Момент втрат двигуна в номінальному режимі:



Еквівалентний струм двигуна:

Умови вибору випрямляча по току: I_dн?І_екв._д, тому вибираємо перетворювач типу КТЕ:

Обраний перетворювач необхідно перевірити по току перевантаження і по максимальному випрямлення напруги.

Отриманий струм менше від номінального струму перетворювача, і це допустимо.

При перевірці на максимальне напруження розраховується можливість перетворювача забезпечити максимальну швидкість і навантаження для ЕП строгального верстата, це кінець перехідного процесу пуску коли двигун досягає робочої швидкості і виконує процес різання



За умовами перевірки U_dн?U_dmax перетворювач підходить.

10. Розрахунок і вибір силового трансформатора

Специфічним для електроприводу з керованим випрямлячем вимогами є забезпечення заданих величин граничного струму і амплітуди пульсацій випрямленого струму.

Розрахунок граничного значення і пульсацій струму вимагає детального опрацьовування параметрів окремих елементів перетворювача. Необхідно врахувати, що до складу силової частини ТП входять трифазний силовий трансформатор, випрямляч тиристора по мостовій або нульовій схемі і згладжуючий реактор або дросель.

Потужність ланцюга випрямленого струму

Типова потужність трансформатора

Вт

ЕРС вторинної обмотки трансформатора

1,2 - коефіцієнт запасу по ЕДС, що враховує можливі неповне відкриття вентилів, пониження напруги живлячої мережі, додаткове падіння напруги живлячої мережі, додаткове падіння напруги в перетворювачі в перехідних процесах;

Лінійний струм вторинного ланцюга трансформатора

При виборі з каталогів виписуються відомості про повну потужність трансформатора, схемі з'єднання, номінальній напрузі і струмів первинної і вторинної обмоток, дані опиту короткого замикання.

Вибираємо трансформатор: ТСП-125/0,7-УХЛ4

Технічні дані трансформатора наведені в таблиці нижче:

Таблиця 1

Опір фази трансформатора, наведене до вторинної обмотці:

Активний приведений опір фази трансформатора:



де - втрати короткого замикання, Вт;

Індуктивне приведений опір фази трансформатора:

Коммутаційне опір вентелей:

де m - число пульсності схеми випрямляча

m = 6 для мостової схеми.

Опір ланцюга якоря двигуна:

де n - кількість послідовно включених вторинних обмоток трансформатора в режимі випрямлення; n = 2 для мостової;

1,05 - коефіцієнт, приблизно враховує опір реактора, що згладжує і вентилів.

11. Розрахунок і вибір реактора, що згладжує

Повна індуктивність ланцюга якоря складається з декількох складових

де L_ЯД - індуктивність ланцюга якоря двигуна, Н;

L_ТР - приведена індуктивність фази трансформатора, Н;

L_Р - індуктивність реактора, що згладжує, Н.

Наведена індуктивність фази трансформатора:

Мінімальний струм електроприводу:

Основне призначення реактора - збільшити повну індуктивність ланцюга випрямленого струму до величини, необхідної за умовами обмеження зони переривчастих струмів і пульсацій струму. Зона переривчастих струмів має найбільшу ширину при б ? 90 ел.град. Необхідна повна індуктивність така, щоб струм холостого ходу приводу або мінімальний струм навантаження був на межі цієї зони.

де Id гр = Іmin, А;

щс - кутова частота напруги мережі живлення, 1/сек.

КСХ - схемний коефіцієнт, для мостової схеми = 2,35

Е2ф - фазна ЄДС вторинної обмотки трансформатора



Вибираємо 2 дроселя типу ТТД1W-1.2/200. З'єднуємо послідовно.

Індуктивність одного дроселя 1,2 мГн. Iном = 200А

Повна індуктивність:

Електромагнітна постійна ланцюга якоря:

Величина пульсації струму:

де - відносна величина струму першої діючої гармоніки

- відносна величина діючої ЄДС першої гармоніки перетворювача

для мостової схеми

Вважаємо такі пульсації допустимими також і тому що двигун завантажений еквівалентним струмом менше ніж номінальне значення. Різниця між еквівалентним і номінальним моментами близько 20%.

При отриманої повної індуктивності зона переривчастих струмів буде менше ніж задана.

12.Розрахунок статичних механічних характеристик двигуна

Механізми, що розглядаються при проектуванні, найчастіше вимагають застосування реверсивного електроприводу і тому (у загальному випадку) механічні характеристики будуються в чотирьох квадрантах. Швидкості прямого і зворотного ходу механізму відрізняються по величині і досягаються різними способами.

Основна характеристика, відповідна робочому ходу, і характеристика зниженої швидкості формуються за рахунок зміни ЕРС перетворювача при номінальному магнітному потоці двигуна. Підвищена швидкість зворотного ходу досягається за рахунок ослаблення магнітного потоку двигуна при ЕРС перетворювача, відповідний основній характеристиці.

Основна характеристика розраховується з умов прямого ходу механізму або іншого руху, при якому виконується корисна робота. Потрібна ЕРС перетворювача

Рівняння механічної характеристики

де М змінюється в діапазоні (0 ; 133,47 ) .

Таблиця 2

Mп	щ	Mп	щ
0,00	462,75	75,00	379,25
15,00	446,05	90,00	362,55
30,00	429,35	105,00	345,85
45,00	412,65	120,00	329,15
60,00	395,95	133,47	314,16

Механічна характеристика приводу при зворотному ході механізму.

Необхідна величина коефіцієнта C_ДОСЛ при ослабленні поля визначається із заданих умов зворотного ходу

Звідки

Рівняння механічної характеристики

де М змінюється в діапазоні (0 ; 42,88 ) .



Таблиця 3

Mпр.	щ	Mпр.	щ
0,00	482,44	25,00	452,19
5,00	476,39	30,00	446,14
10,00	470,34	35,00	440,09
15,00	464,29	40,00	434,04
20,00	458,24	42,88	430,56

Механічна характеристика приводу на зниженій швидкості

Мінімальна швидкість приводу

де D - заданий діапазон зміни швидкості, 1 до 8 згідно завдання

Потрібна ЕРС перетворювача

Момент відповідає умовам режиму зниженої швидкості. Здебільшого це неробочий. холостий хід.

Механічна характеристика

де М змінюється в діапазоні (0 ; 29,086 )



Таблиця 4

Mхх	щ	Mхх	щ
0,00	90,28	20,00	68,01
5,00	84,71	25,00	62,44
10,00	79,14	29,09	57,89
15,00	73,58

Врахування особливостей механічних характеристик при роботі приводу від керованого випрямляча.

Розраховані механічні характеристики дійсні не у всьому діапазоні зміни моментів і швидкості. Наприклад, при середньому струмі навантаження, меншому деякого граничного, різко зменшується жорсткість характеристик і змінюється швидкість ідеального холостого ходу. Для побудови межі зони безперервних струмів спочатку розраховують ряд значень граничного струму Id_ГР при різних кутах б, використовуючи рівняння балансу напруги, визначають швидкість двигуна, відповідну даним значенням Id _ГР і б.

Вираз справедливий як при одно -, так і при двозонному регулюванні швидкості. Зону переривистого струму необхідно побудувати у всіх квадрантах, де використовуються відповідні електромеханічні характеристики з урахуванням значення коефіцієнта CД .

Побудова отриманих механычних характеристик наведена на рисунку 4.



Рис.4 Механічна характеристики

13. Розрахунок параметрів і характеристик перетворювача.

У загальному випадку вихідна ЕРС тиристорного перетворювача

(59)

Приклад регулювальної характеристики тиристорного перетворювача представлений на рис. 3.1.



Рис. 5 - Регулювальна характеристика перетворювача тиристора.

У перехідних процесах ЕРС перетворювача тиристора змінюється в діапазоні від E_ТП = 0, якщо б = 90° до ТП1 E при прямому ході механізму, коли

де E_ТП1 визначається по (57).

У визначеному таким чином діапазоні регулювання косинусоидальная характеристика лінеаризується прямою і тоді коефіцієнт передачі силової частині перетворювача

Зміна кута управління тиристорів в необхідному діапазоні 90 - б_MIN повинна відповідати пропорційній зміні напруги управління від нуля до 10 В. Напруга управління.

У U перетворюється в кут керування тиристорами б у спеціальній схемі, що має назву система імпульсно-фазового керування (СІФК), причому коефіцієнт передачі

Повний коефіцієнт передачі перетворювача тиристора

К_ТП ??К_ТПСК_СИФУ

К_ТП=9,328*2,831=26,4

Використовуючи отримані коефіцієнти передачі, визначають необхідні значення напруги управління на вході СІФК і кути включення тиристорів для кожної механічної характеристики, що отримується зміною ЕРС перетворювача.

У динаміці інерційність силової частини перетворювача і СІФК враховується введенням еквівалентної постійної часу

де Т_C - період напруги живлячої мережі, s.



Часто T_ТП виявляється значно менше інших інерційностей, наприклад ланцюга якорю, або механічною. Крім того, вплив T_ТП на перехідні процеси зменшується із-за застосування задатчиків інтенсивності. У подібних випадках даною постійною часу нехтують.

14. Розрахунок параметрів задатчика інтенсивності

Для розгортки ЕРС перетворювача в часі із заданим темпом служить задатчик інтенсивності, що встановлюється на вході СІФК у разі розімкненої системи регулювання.

Задатчик інтенсивності в спрощеному вигляді є інтегратором, на вхід якого подається напруга ±U_BX або нуль. На виході протягом часу перехідного процесу t_ПП формується вихідна напруга U_ВЫХ =U_У по лінійному закону. У загальному випадку постійна часу інтеграції задатчика інтенсивності

Якщо прийняти |U_BX |= 10V і |U_УMAX|= 10V, то

Один з варіантів принципової схеми задатчика інтенсивності у аналоговому виконанні представлений на рис. 3.2.

На вхід інтегратора при пуску (контакт реле Рв, "Вперед", замкнутий) подається U_BX = +10V. При реверсі через контакт Рн, "Назад", подається U_BX = -10 V.

При гальмуванні вхід інтегратора через розмикаючі контакти Рв і Рн з'єднується із загальною, нульовою точкою схеми.

У представленій схемі можна реалізувати зміну E_ТП(t) з однаковою інтенсивністю у всіх перехідних процесах, якщо прийняти R_П = R_T = R_P . У загальному випадку можна мати різні постійні часи, для пуску, реверсу і гальмування.

Рис. 6 - Принципова схема задатчика інтенсивності.

Задавшись ємністю конденсатора С, по відомих значеннях T_ЗИ можна розрахувати необхідний опір резисторів. при моделюванні роботи задатчика інтенсивності вихідну напругу Uу треба обмежувати на рівні ± 10 В.

15. Розрахунок параметрів схеми збудження двигуна

Принципова схема ланцюга збудження двигуна, зображена на рискунку 7, містить обмотку збудження R_в ;L_в, розрядний резистор R_р та додатковий резистор R_д, який включають до ланцюга збудження з метою ослаблення струму збудження та підвищення швидкості двигуна на зворотному ході механізму. Додатковий резистор включають також для більш точного встановлення номінального струму збудження.

Опір обмотки збудження R_в береться по каталожним даним двигуна. Опір розрядного резистора розраховується як Rр.=3…4R_В, приймаємо

Для розрахунку додаткового опору R_Д треба визначити струм в обмотці збудження при ослабленні магнітного поля. Без урахування насичення, тобто при лінійних параметрах ланцюга намагнічення

Спочатку визначимо номінальний струм збудження за формулою:

Визначимо ослаблений струм збудження.

При більш точних розрахунках при визначенні струму в режимі ослабленого поля враховують криву намагнічення.

Опір додаткового резистору

Реальна схема збудження, рис. 7а приводиться до розрахункової схеми, рис. 7б згідно до виразів еквівалентних опору R_ВЕ та індуктивності L_ВЕ



Індуктивність обмотки збудження розраховується за виразом

де 2р - число полюсів двигуна;

kу = 1,05-1,2 - коефіцієнт розсіяння обмотки збудження;

W_П - число витків полюса;

Ф_ПН; І_ПН - номінальні значення магнітного потоку і струму обмотки одного полюса.

Постійна часу ланцюгу збудження



Рис. 7 - Принципова схема ланцюга збудження двигуна: а - повна; б - розрахункова.

16. Розрахунок перехідних процесів розімкненої системи електроприводу

Остаточні висновки про правильність проведених розрахунків і прийнятності режимів роботи електроприводу робляться на базі моделювання перехідних процесів. Крім того, при моделюванні перехідних процесів можна досить просто врахувати ті особливості параметрів і складності, якими ми нехтували на попередніх стадіях проектування: індуктивність кола якорю, не лінійність параметрів магнітного ланцюгу, інерційність напівпровідникового перетворювача, складну залежність моменту навантаження від швидкості або у часі, тощо. Структурна схема розімкнутої системи електроприводу ТП-Д представлена на рис. 8.

Рис. 8 - Структурна схема електроприводу ТП-Д



Процес моделювання проходить у програмі Matlab Simulink, за попередньо розробленою схемою зображеною на рисунку 9.

Рис. 9 Модель для розрахунку перехідних процесів

Користуючись задатчиком інтенсивності, зображеному на рисунку 10, задаємо час пуску, реверсу та гальмування.

Рис. 10 Модель задатчика інтенсивності

Отриманний сигнал задатчика інтенсивності зображено на рисунку 11.



Рис. 11 Сигнал задатчика інтенсивності

Записавши усі дані розрахованного ЕП до моделі отримуємо графік перехідних процесів, рисунок 12.

Рис. 12 Перехідні процеси заданного ЕП



Висновки

В результаті зробленної курсової роботи був обран двигун 2ПН-М180У4, котрий задовольняе технологічним параметрам з вхідних даних. Під час перевірки двигуна за за нагрівом та перевантаженням було встановлено, що двигун відповідає встановленним до нього вимог.

В якості трансформатору був обран ТСП-125/0,7-УХЛ4, також було обрано 2 згладжуючих реактора ТТД1W-1.2/200 з індуктивністтю одного дроселя 1,2мГн та номінальним струмом 200А. Було проведено моделювання перехідних процесів для двигуна при пуску, реверсі та гальмуванні.

Размещено на Allbest.ru