Автоматизированный электропривод продольнострогательного станка

Автоматизированный электропривод продольнострогательного станка

2

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Кафедра электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий

КУРСОВАЯ РАБОТА

Предмет: "Автоматизированный электропривод"

Тема: "Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка."

Выполнил:

Проверил:

Екатеринбург

2008

Содержание

• Введение
• Исходные данные
• Задание к проекту
• 1. Выбор типа электропривода
• 1.1 Выбор и проверка электродвигателя
• 1.1.1 Расчет нагрузочной диаграммы механизма
• 1.1.2 Предварительный выбор двигателя
• 1.1.3 Расчет нагрузочной диаграммы двигателя
• 1.2 Проверка двигателя по нагреву
• 2. Выбор основных узлов силовой части
• 2.1 выбор тиристорного преобразователя
• 2.2 Выбор силового трансформатора
• 2.3 Выбор сглаживающего реактора
• 2.4 принципиальная электрическая схема силовой части
• 3. Математическая модель силовой части электропривода
• 3.1 расчет эквивалентных параметров системы
• 3.2 Выбор базисных величин системы относительных единиц
• 3.3 Расчет параметров силовой части электропривода в относительных единицах
• 3.4 Расчет коэффициентов передачи датчиков
• 4. Выбор типа системы управления электроприводом
• 5. Расчет регулируемой части контура тока якоря
• 5.1 Расчет параметров математической модели контура тока
• 5.2 Реализация датчика ЭДС
• 5.3 Конструктивный расчет датчика эдс и звена компенсаци
• 6. Конструктивный расчет регулятора тока
• 7. Расчет регулирующей части контура скорости
• 7.1 Расчет параметров математической модели контура скорости
• 7.2 Конструктивный расчет регулирующей части контура скорости
• 8. Расчет задатчика интенсивности
• 8.1 Расчет параметров математической модели задатчика интенсивности
• 8.2 Конструктивный расчет задатчика интенсивности
• 9. Литература

Введение

Процесс обработки детали на продольно-строгальном станке поясняет рис. 1. 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 Uпр 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 Uоб > Uпр, а пускотормозные режимы при реверсе принимают допустимо минимальной продолжительности. Хороший эффект в этом дает двухдвигательный привод.

Рисунок 1. Процесс обработки на продольно строгальном станке

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.

.

Исходные данные

Рисунок 2. Кинематическая схема механизма

При расчете мощности двигателя полагаем, что номинальной скорости двигателя соответствует скорость обратного хода стола (наибольшая скорость механизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости. Ориентируемся на выбор двигателя серии Д, рассчитанного на номинальный режим работы S1 и имеющего принудительную вентиляцию. Эквивалентное статическое усилие за цикл:

Расчетная мощность двигателя:

, где

Кз - коэффициент запаса (примем Кз = 1,1); зпN - КПД механических передач при рабочей нагрузке.

Выбираем двигатель Д810 по [2]. Номинальные данные двигателя приводятся в таб. 2.

Таблица 2. Данные выбранного двигателя

Для проверки выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (без учета электромагнитных переходных процессов). Для построения нагрузочной диаграммы произведем расчет передаточного числа редуктора, приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, примем динамический момент и ускорение электропривода с учетом перегрузочной способности двигателя.

Передаточное число редуктора:

Момент статического сопротивления при резании, приведенный к валу двигателя:

Момент статического сопротивления при перемещении стола на холостом ходу, приведенный к валу двигателя:

,

Пониженная скорость, приведенная к валу двигателя:

Скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя:

Скорость обратного хода, приведенная к валу двигателя:

,

Суммарный момент инерции механической части привода:

, где

д - коэффициент, учитывающий момент инерции полумуфт, ведущей шестерни и редуктора (д принимаем равным 1,2).

Модуль динамического момента двигателя по условию максимального использования двигателя по перегрузочной способности:

, где

k - коэффициент, учитывающий перерегулирование момента на уточненной нагрузочной диаграмме (построенной с учетом электромагнитной инерции цепи якоря). Принимаем k = 0,95.

Ускорение вала двигателя в переходных режимах:

Ускорение стола в переходных режимах:

Разбиваем нагрузочную диаграмму на 12 интервалов. Сначала рассчитываем интервалы разгона и замедления электропривода, затем интервалы работы с постоянной скоростью.

Интервал 1. Разгон до пониженной скорости.

Продолжительность интервала 1:

Путь, пройденный столом на интервале 1:

Момент двигателя на интервале 1:

Интервал 4. Разгон от пониженной скорости до скорости прямого хода.

Продолжительность интервала 4:

Путь, пройденный столом на интервале 4:

Момент двигателя на интервале 4:

Интервал 6. Замедление от скорости прямого хода до пониженной скорости.

Продолжительность интервала 6:

Путь, пройденный столом на интервале 6:

Момент двигателя на интервале 6:

Интервал 9. Замедление от пониженной скорости до остановки.

Продолжительность интервала 9:

Путь, пройденный столом на интервале 9:

Момент двигателя на интервале 9:

Интервал 10. Разгон до скорости обратного хода.

Продолжительность интервала 10:

,

Путь, пройденный столом на интервале 10:

,

Момент двигателя на интервале 10:

Интервал 12. Замедление от скорости обратного хода до остановки.

Продолжительность интервала 12:

Путь, пройденный столом на интервале 12:

Момент двигателя на интервале 12:

Интервал 2. Подход детали к резцу с постоянной скоростью.

Путь, пройденный столом на интервале 2:

Продолжительность интервала 2:

Момент двигателя на интервале 2:

Интервал 8. Отход детали от резца с постоянной скоростью.

Путь, пройденный столом на интервале 8:

Продолжительность интервала 8:

Момент двигателя на интервале 8:

Интервал 3. Резание на пониженной скорости

Путь, пройденный столом на интервале 3 (принимается):

Продолжительность интервала 3:

Момент двигателя на интервале 3:

Интервал 7. Резание на пониженной скорости

Путь, пройденный столом на интервале 7 (принимается):

Продолжительность интервала 7:

Момент двигателя на интервале 7:

Интервал 5. Резание на скорости прямого хода

Путь, пройденный столом на интервале 5 (принимается):

Продолжительность интервала 5:

Момент двигателя на интервале 5:

Интервал 11. Возврат со скоростью обратного хода

Путь, пройденный столом на интервале 11:

Продолжительность интервала 11:

Момент двигателя на интервале 5:

Нагрузочная диаграмма и тахограмма двигателя представлены на рисунке 4:

1.2 Проверка двигателя по нагреву

Для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента. Используя нагрузочную диаграмму находим эквивалентный по нагреву момент за цикл работы привода. Для нормального теплового состояния двигателя необходимо, чтобы эквивалентный момент был не больше номинального момента двигателя.

Эквивалентный момент за цикл работы:

,

Условие выполняется, следовательно выбранный двигатель подходит по нагреву.

Запас по нагреву:

2. Выбор основных узлов силовой части

2.1 выбор тиристорного преобразователя

Номинальное выпрямленное напряжение и номинальный выпрямленный ток преобразователя принимаем из ряда стандартных значений по ГОСТ 6827-76 (ближайшее большее по сравнению с номинальным напряжением и током двигателя)[3].

Принимаем UdN = 230 В; IdN = 320 А.

Выбираем стандартный преобразователь комплектного тиристорного электропривода серии КТЭУ [4]. Выбираем двухкомплектный реверсивный преобразователь, схема соединения комплектов встречно-параллельная, управление комплектами раздельное, каждый комплект выполнен по трехфазной мостовой схеме.

Номинальное напряжение комплектного электропривода равно номинальному напряжению двигателя: Uном = 220 В. Номинальный ток комплектного электропривода выбирается по номинальному току преобразователя: Iном = 320 А.

Выбираем тип комплектного электропривода:

КТЭУ-800/220-13212-УХЛ4.

2.2 Выбор силового трансформатора

Силовой трансформатор предназначен для согласования напряжения сети (Uс = 380 В) с номинальным напряжением преобразователя.

Номинальный линейный ток вторичных обмоток (расчетный):

Выбираем трансформатор типа ТСП (или ТСЗП), трехфазный, двухобмоточный, сухой с естественным воздушным охлаждением, открытого исполнения [2, таб. 3.1]

Таблица 3. Данные выбранного трансформатора

Сглаживающий редактор включается в цепь выпрямленного тока с целью уменьшения его переменной составляющей. Пульсации выпрямленного тока должны быть ограничены на уровне допустимого значения для выбранного двигателя.

ЭДС преобразователя при угле управления б = 0:

Минимальная суммарная (эквивалентная) индуктивность якорной цепи по условию ограничения пульсаций выпрямленного тока:

, где

kU - коэффициент пульсаций напряжения (для трехфазной мостовой схемы принимаем kU =0,13),

р - пульсность преобразователя (для мостовой трехфазной схемы р = 6)

Расчетная индуктивность сглаживающего реактора:

Так как расчетная индуктивность оказалась отрицательной, сглаживающий реактор не требуется. Собственной индуктивности якорной цепи достаточно для ограничения пульсаций тока.

2.4 принципиальная электрическая схема силовой части

Принципиальная схема выбирается по [4]. Для номинального тока Iном = 320 А выбираем схему, приведенную на рис. 1.3 [4]:

Рисунок 5. Силовая часть однодвигательного электропривода серии КТЭУ, Iном = 320 А.

На рисунке 5 приведена схема силовой части электропривода с номинальным током 320, 500 А. Защитные автоматические выключатели QF1, QF2 установлены последовательно с тиристорами. Для неоперативного отключения электродвигателя от тиристорного преобразователя (ТП) используется рубильник QS. Силовой трансформатор ТМ присоединяется к высоковольтной сети 6 или 10 кВ через шкаф высоковольтного ввода (ШВВ). При напряжении питания 380 В ТП подключается к сети через анодные реакторы LF и автоматические выключатели QF3, QF4.

Страницы: 1, 2