МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Донецькийелектрометалургійний технікум
КУРСОВИЙПРОЕКТ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
КП. 5.090231.01… .00. ПЗ
Проект складається з:
пояснювальної записки на аркушах
графічної частини на 1 аркуші
Проект розробив
(підпис, дата)
Керівник проекта
(підпис, дата)
2009р.
ЗМІСТ
ВВЕДЕННЯ
1 ЗАГАЛЬНА ЧАСТНА
1.1 Коротка характеристикавертикально сверлійно-фрезерно-росточного напівавтомата 243ВМФ
1.2 Вимоги що пред'являються доприводу головного руху
1.3 Опис схеми електроприводумеханізму головного руху верстата 243ВМФ2
2 РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
2.1 Вибір двигуна і розрахунок йогомеханічних характеристик.
2.2 Розрахунок, вибір і перевіркасилового тиристора.
2.3 Розрахунок параметрів схемиуправління
2.4 Аналіз системи електроприводуна стійкість.
НОРМАТИВНІ ЗАСЛАННЯ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ВСТУП
Сучаснеметалообробне обладнання – це високо розвинуті машини. За конструкцією і призначеннямважко знайти більш різноманітні машини ніж метало різальні верстати .
Створенняоптимальної конструкції сучасного метало різального верстата, можливо тільки уразі автоматизації проектування, оскільки традиційний метод ручногопроектування забезпечує лише створення працездатних конструкцій, але неоптимальних. Як відомо, заручного методу розрахунку і конструювання деталей івузлів верстатів, робиться низько спрощень і не враховуються усі фактори, нерозглядаються усі важливі варіанти конструкції. Застосування електроннихобчислювальних машин (ЄОМ) дає змогу збільшити кількість факторів, якірозглядаються і дає можливість досягти оптимальних рішень. Але бажаний ефектдосягається в наслідок діалогу конструктора, якій володіє достатнім знанням вобласті розрахунку і конструюванні верстатів, і ЕОМ оскільки це дасть змогурозглянути значну кількість варіантів і вибрати оптимальні розміри іконструкцію.
Підчас створення нових верстатів використовуються досягнення верстатобудівельноїпромисловості і наукових досліджень, а також суміжних областей техніки.Наприклад, на конструкцію верстата впливає створення нових типівелектродвигунів (високо моментних, регулюваннях), поява нових датчиківположення, вдосконалення електрогідравлічної і оптичної апаратури, створеннянових методів керування від спеціалізованих ЕОМ та інших.
Новостворювальніверстати мають бути суспільно доцільними, технічно і електрично вдосконаленні,економічними тощо. Вдосконалювання сучасних верстатів повинно забезпечуватипідвищення швидкості робочіх і допоміжних рухів. Застосування композиційних матеріалівдля різальних інструментів дає змогу вже сьогодні реалізовувати швидкостірізання до 1500-2000 м/хв., а швидкість установочних переміщень до 20-30 м/хв..
Узв’язку зі зменшенням величин партій виробів, збільшенням гнучкості таскороченням термінів виконання замовлень переосмислюється питання усієїверстатобудівельної промисловості, а також створюється нова виробнича стратегіящодо комплексної обробки. Наприклад, токарні багато цільові верстатиоснащуються іншим захватним шпинделем, який розташований напроти головного. Такз’являється можливість завершення обробки деталі з боку відрізання заодночасного початку обробки наступної деталі. Стійкою тенденцією є інтеграціяфрезерної, зубонарізної, стругальної, свердлильної, та іншої обробки утехнологічну токарну комірку. Системи часового програмного керування (ЧПК)такими верстатами дають можливість керувати 5-ма …10-ма координатними осями(аінколи і більше).
Вимогидо сучасних металоріжучих верстатів реалізується більшою мірою за допомогоюелектроприводу.
Багатоцільові верстати забезпечують високий ступінь точності обробки деталей іпродуктивність за постійністю технологічних баз що дає змогу підвищуватиточність взаємного розташування оброблених поверхонь.[1]
1.ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА
1.1 Коротка характеристика вертикально сверлійно-фрезерно-росточногонапівавтомата 243ВМФ
Верстати,оснащені ЧПУ і пристроєм автоматичної зміни інструменту, призначені дляпослідовного виконання великого числа різних технологічних операцій безпереустановлення заготівок, називають багатоцільовими(МВ). Завдяки такоїконструкції верстатів істотно скорочується допоміжний час при обробці ізберігається мобільність до переналадки. Продуктивність багатоцільових верстатівв 3-8 разів вища, ніж універсальних верстатів. Допоміжний час зменшуєтьсязавдяки автоматичній зміні інструменту, високій швидкості позиціонуванняробочих органів верстата на допоміжних ходах (15 м/хв.), скороченню часупуску-зупинки і реверсування при застосуванні високомоментних мало інерційнихдвигунів постійного струму, наладці інструменту на розмір поза верстатом,виключено контрольних операцій і т.д. У сучасних верстатах час переналадки щебільш зменшується унаслідок застосування змінних інструментальних магазинів знаперед налагодженим на розмір ріжучим інструментом. Характерні особливості МВнаступні: оснащеність великим числом ріжучих інструментів, висока концентраціяоперацій (чорнових, на півчистових і чистових ), зокрема точіння, розточування,фрезерування, свердлення, зенкерування, розгортання, нарізування різьб,контроль якості обробки і др.; висока точність виконання чистових операцій(6-7-й квалітети ). МВ оснащують позиційними або контурними УЧПУ, які забезпечуютьбезступеневих регулювання подачі і частоти обертання. Для систем управлінняхарактерні розвинена сигналізація, цифрова індикація положення вузлів верстата,різні форми адаптивного управління.
МВ- це в основному одношпиндельні верстати з револьверними і шпиндельнимиголовками. Звичайно на МВ обробляють комплекти деталей, що йдуть на збіркувузла або машини. Приводи головного руху повинні забезпечувати регулюванняшвидкостей в широкому діапазоні (Rn=50/100, а іноді і до 200), враховуючивелике число різнохарактерних обробок, що виконуються на багатоцільовихверстатах. Максимальна частота обертання досягає />=3000/4000(/>).Переважно в приводах головного руху використовують двигуни постійного струму зтиристорним управлінням з двома — трьома механічними ступенями, а іноді і безних [2].
Вкурсовому проекті розробляється електропривод головного руху вертикального сверлійно-фрезерно-розточувальногонапівавтомата 243ВМФ. Верстат призначений для комплексної обробки заготовокневеликих і середніх розмірів при підході інструменту з одного боку. Наверстаті можна проводити свердлення, зенкерування, цекування, чорнове і чистоверозточування, напівчистове і чистове фрезерування і нарізування різьбленнямітчиками. Верстат побудований на базі координатний — розточувального верстатаі має клас точності В: забезпечує відхилення відстаней між осями обробленихотворів 0,016 мм, відхилення діаметру отворів 0,01 мм. Найбільший діаметрсвердлення 25 мм, найбільший діаметр розточування 160 мм; розміри робочоїповерхні столу (ширина Х довжина) 320Х560 мм; число інструментів в магазині 30;число частот обертання шпинделя 21; межі частот обертання шпинделя 40-2500 />;число ступенів подач 30; межі подач по координатах Х’,Y’,Z 3,15-2500 мм/мін;швидкість швидкого переміщення по осях координат X’,Y’,Z 3000мм/хв.; габаритнірозміри верстата 1590 Х 1640 Х 2620 мм. Компоновка, основні механізми і рухи уверстаті. Верстат має вертикальну компоновку і показаний на листі графічноїчастини. На станині 1 закріплена стойка 2. У верхній частині стійки розміщенийпривід головного руху — обертання шпинделя і редуктор подач по координаті Zгільзи шпинделя. По тих, що вертикальним направляють в стійці переміщаєтьсяголовка, шпинделя, 4(настановне переміщення). На стійці укріплений магазин3, зякого автооператор переносить інструмент в шпиндель. Верстат оснащенийхрестовим координатним столом 5.По що горизонтальним направляє станинипереміщаються в поперечному напрямі санчата (подача по координаті Y’), а вподовжньому напрямі по тих, що направляють санчат — стіл (подача по координатіX’)[3].
Кінематикаверстата показана на (рис.1). Головний рух шпиндель VII одержує від асинхронногоелектродвигуна М1 (Р=2.2 кВт; n=1430 />)через двох ремінної варіатор var, триступінчату коробку швидкостей і зубчато-ремінну передачу z=31-31.При відхиленні швидкості при заданою програмоютахогенератор BR дасть команду на включення асинхронного електродвигуна (Р=0.08кВт; n=1390 />),який через зубчаті пари z=17-49,25-49 і гвинт XIII з кроком Р=5 мм зміститьвісь рухомих дисків варіатора, що і зрадить його передавальне відношення.Варіатор забезпечує регулювання швидкості (1:4) усередині кожного з трьохдіапазонів одержуваних перемиканням блоку Б1 і у муфти />.При включенні муфти /> віделектромагніту постійного струму Э1 одержують верхній діапазон обертання,оскільки рух з валу III на вал V передається через зубчато- ремінну передачуz=30-30, минувши знижуючи передачі. Два нижні діапазони шпиндель одержує приперемиканні блоку Б1 (муфта />відключена) двома електромагнітами постійного струму (на схемі не показано). Шпиндельверстата 8 (рис.2) розміщений в гільзі 7 на спеціальних високо точнихпідшипниках затиск інструменту походить від пакету тарілчастих пружин 3 щодіють на інструмент за допомогою шомполу 2, сполученого з байонетним замком 1.Зусилля пружин регулюється гайкою 4.Зуб планки 5, взаємодіючи із зубчатимколесом 6, закріпленим на шомполі 2, перешкоджає випадковому повороту байонета.Що крутить момент від шпинделя до інструменту передається повідцямирозташованого на торці шпинделя .
Привідобертання шомполу призначений для розтиснення і затискання байонетного замкушомполу з інструментом в крайньому верхньому положенні гільзи, а також дляобертання інструменту у разі неспівпадання провідних шпонок інструменту ішпинделя під час автоматичної зміни інструменту. Привід шомполу здійснюєтьсявід асинхронного електродвигуна М3 (Р=0.25 кВт; n=2700 />)через черв'ячний редуктор z=1-30 при включеній муфті />.Двигун включається по команді мікроперемикача, розташованого на магазині,тільки в положенні автооператора під шпинделем. Муфта />-запобіжна .
Привідподач гільзи шпинделя і переміщення головки, шпинделя, здійснюється від електродвигунапостійного струму М4 (Р=0.37 кВт; n=3000 />).Гильзаодержує переміщення через двоступінчатий редуктор z=20-40,z=16-48-40-48 і гвинткочення XVIII з кроком Р=6 мм, який сполучений з повзуном переміщення гільзи.Для забезпечення самогальмування пари гвинт-гайка кочення при віджиманніінструменту служить гальмо.
Переміщенняголовки, шпинделя, здійснюється від шліцьового валу XVI через втулку XIX і привключеній муфті /> черезчерв'ячну пару z=1-34 (муфта /> запобіжна) і рейкову передачу. Муфта /> включаєтьсявід механізму затиску головки гільза і шпиндель синхронно. При відключенні /> головка,шпинделя, зупиняється, а шпиндель продовжує перемішатися здійснюючи робочуподачу. На валу XVII встановлений круговий фотоелектричний датчик здискретністю 0,01мм, який здійснює контроль переміщень гільзи і головки,шпинделя .
Швидкістьшвидкого переміщення головки, шпинделя, визначиться з виразу
/>
Головкаі гільза зрівнянні противагами.
Позиціонуванняза заданою програмою здійснюється подовжнім переміщенням столу і поперечнимпереміщенням солазак від електродвигунів постійного струму відповідно М5 і М6(Р=0,37 кВт; n=3000 />).Рух передається через зубчаті ремені z=23-49, дві зубчаті пари на червячно-рейкові передачі з модулем m=10 мм. Подовжня подача столу в загальному виглядівизначається з виразу
/>
Вимірювальнігвинти відліково-вимірювальних систем кінематично зв’язаними з приводнимичерв'яками через колесо z=22 на приводному волу ХХХ подовжнього переміщення іz=30 на валу ХХIV. Відлікова вимірювальна система верстата замкнута зіндуктивними і фотоелектричними датчиками. Розглянемо принцип її дії наприкладі відлікової системи столу. Точний гвинт-якір з прямокутним різьбленнямХХХIII індуктивного датчика ІД пов'язаний з переміщенням робочого органу черезчерв'ячно-рейкову передачу, вал ХХХ, конічні пари z=22-22, z=22-22, колесадиференціала z=40, z=50,z=108 і колесо z=106. Виникаючий при переміщенні сигналроз узгодження сприймається блоком управління БУ, що дає команди електродвигунуМ7 типу РД-09 (Р=0,01 кВт; n=1200 />).Двигун, зменшуючи сигнал розузгодження довертає гвинт-якір ХХХIII черезпередачу z=34-68, диференціал і колесо z=106 відлікового гвинта. Унаслідокзворотнього зв'язку гвинт-якір обертається синхронно руху робочого органу.Відлік кута повороту кута якоря проводиться круговим фотоелектричним датчикомФД. Виникаючий у фотодіодах електричний струм перетвориться електроннимпристроєм ВУ в імпульси сприймані лічильником імпульсів СІ. Шах імпульсівфотоелектричного датчика відповідає 0,001 мм переміщення робочого органу (дискретність відліку). Лічильник імпульсів формує в числовому вигляді повнуінформацію про величину переміщення робочого органу і управляє відповідноелектродвигуном М5 приводу подач столу. Затиск головки, шпинделя, столу, санчаті гільзи здійснюється автоматично за програмою від асинхронних електродвигунівчерез ряд зубчатих передач (на схемі не показані).
Механізмавтоматичної зміни інструменту складається з інструментального магазина іавтооператора з приводом. Механізм зручно розташований для обслуговування, часзміни інструменту складає близько 5 с. Цикл зміни інструменту. Магазин під часобробки подає інструмент в позицію завантаження-вивантаження. Автооператорповертається, захоплює інструмент, виносить його з магазина і перекидає доположення, коли осі шпинделя і інструменту паралельні. Гільза і головка,шпинделя, переміщаються у верхнє положення контрольоване мікроперемикачами;шомпол віджимає інструмент, але він залишається поки в байонетном замку.Автооператор захоплює відпрацьований інструмент, у цей момент починаєобертатися шомпол і інструмент звільняється із замку, автооператор рухом внизвитягує інструмент з шпинделя. Потім автооператор повертається на 180 івставляє черговий інструмент в шпиндель. Далі автооператор здійснює всі рухи взворотній послідовності, вставляючи відпрацьований інструмент в своє кубло.Одночасно відбувається затиск нового інструменту в шпинделі. Оскільки шомполобертається, то зуб інструменту западає в байонет, а що ведуть виступи шпинделя- в пази інструментального облямовування. Інструмент фіксується в шпинделі, ашомпол замикає байонетний замок і зупиняється. Спеціальна схема контролюперевіряє положення інструменту в шпинделі. Магазин виконаний у виглядібарабана з втулками, в які встановлюють інструмент. Втулки оберігаютьхвостовики облямовувань від пилу і грязі. Облямовування кріпляться в магазиніза допомогою пружин. З барабаном кінематично пов'язані три кодові диски,пелюстки яких проходять крізь прорізи безконтактних кінцевих вимикачів, закріпленихна корпусі. Вихідні сигнали вимикачів, закодовані двійково-десятковому коді,забезпечують вибір позиції барабана, тобто кодується кубло магазина. Обертаннямагазина здійснюється від електродвигуна М8 (Р=0,18 кВт; n=2800 />)через черв'ячну передачу z=1-24, гвинт-вал XXX VII, зубчату пару z=51-34,передачі z=2-30, z=50-165, і вал XL, на якому розташований магазин. Рівняннякінематичного балансу запишемо з умови, що за один оборот гвинта-валу XXXVIIмагазин обернеться на 1 крок (1/30 обороту), оскільки в магазині 30 позицій: 51/342/30 50/165=1/30
Приотриманні команди на пошук інструменту починає обертатися черв'ячне колесо z=24з внутрішнім різьбленням. При цьому вал XXXVII переміщається уздовж своєї осівліво або управо залежно від напряму обертання до тих пір, поки фіксатор 1 невийде з подовжнього паза куркулька К1. При цьому гвинт-вал почне переміщатися восьовому напрямі до тих пір, поки не спрацює мікроперемикач, що дає команду назупинку електродвигуна. Автооператор за цикл зміни інструменту повинен виконатинаступні рухи: поворот, осьове переміщення і перекидання. Від електродвигуна М9(Р=0,12 кВт; n=2760 /> черезчерв'ячну пару z=-60, зубчаті пари z=20-30-157 одержує обертання вал XLIV зсидячими на ньому куркульками К2, К3, К4. На кожному кулачку дискового типа єзамкнуті криві, що визначають переміщення автооператора. Від кулачка К2 задопомогою штовхача через вал-рейку XLV, рейкове колесо z=28 і зубчату паруz=59-36 автооператор повертається навколо центральної осі LII. Про т куркулькаК3 через рейку і рейкове колесо z=27, вал XLVII, колеса z=67-67-46 одержуєобертання порожнистий вал L, який за допомогою рейкового колеса z=46 переміщаєрейку модулем m=1,5 і відповідно автооператор уздовж осі LII. Кулачок К4 черезштовхач, рейку і рейкове колесо z=27, вал XLVIII і колеса z=31-43-43-58здійснює поворот автооператора на 900 (перекидання).
1.2 Вимоги, що призначені до електроприводумеханізму головного руху
Вимогидо електроприводів і систем управління верстатами визначаються технологієюобробки конструктивними можливостями верстата і ріжучого інструменту. Основнимитехнологічними вимогами є забезпечення: найширшого кола технологічних режимівобробки з використанням сучасного ріжучого інструменту; максимальноїпродуктивності; найбільшої точності обробки; високої чистоти оброблюваноїповерхні; високого ступеня повторюваності розмірів деталей в оброблюванійпартії (стабільності). [4]
Задоволеннявсім цим і іншим вимогам залежать від характеристик верстата і ріжучогоінструменту, потужності головного приводу і електромеханічних властивостейприводів подач і систем управління. Потужність що розвивається при різанні,визначається швидкістю різання і зусиллям різання.
Дляприводів головного руху найбільш раціональним є спосіб регулювання швидкості зпостійною потужністю, оскільки великим швидкостям різання відповідають меншізусилля різання, а меншим швидкостям — великі зусилля.
Діапазонрегулювання частоти обертання визначається межами швидкостей різання ідіаметрів оброблюваних виробів. Це визначаться тим що на універсальнихверстатах можуть оброблятися деталі з різних матеріалів і різних розмірів,зокрема різних діаметрів. Для обробки виробів однакових діаметрів з різнихматеріалів необхідно забезпечити визначений діапазон регулювання швидкостірізання.
Увисоко автоматизованих верстатах з числовим програмним управлінням (ЧПУ)функції, що виконуються електроприводом головного руху, значно ускладнені. Крімстабілізації частоти обертання, при силових режимах різання потрібнийзабезпечення режимів позиціонування шпінделя при автоматичній зміні інструментуі виробництві легких довбальних і стругальних робіт, а також можливістьнарізування різьблення як мітчиками так і різцями. Це обов’язково веде дозбільшення потрібного діапазону регулювання частоти обертання. Так, принеобхідній точності позиціонування шпинделя 0,1 і максимальній частотіобертання двигуна 3000-5000 об./хв. Сумарний діапазон частоти обертання повиненбути не менше 10000.Електромеханічний спосіб регулювання швидкості (частотиобертання) для приводів головного руху є найбільш перспективним. Необхіднийтехнологічний діапазон регулювання швидкості шпинделя з постійною швидкістю,рівний 20-50 при двох ступеневою коробкою швидкостей. На швидкостях нижче заномінальних регулювання здійснюється з постійним моментом. Таким чином,виходить двозначне регулювання швидкості. При невеликій потужності головногоприводу застосовують однозначне регулювання швидкості з постійним моментом. Стабільністьроботи приводу характеризується перепадом частоти обертання при змінінавантаження, напруги живлячої мережі, температури навколишнього повітря і т.п.[5]
Відмітноюособливістю головного приводу для високо автоматизованих верстатів з ЧПУ єнеобхідність застосування реверсивного приводу навіть в тих випадках, коли за технологієюобробки не потрібен реверс. Вимога забезпечення ефективного гальмування і підгальмування при знижені частоти обертання і режимом підтримки постійноїшвидкості різання приводить до необхідності застосування реверсивного приводу зметою отримання потрібної якості перехідних процесів.
Уряді свердлильний верстатів потрібний отримання високих частот обертаннядвигунів. У багатошпиндельних свердлильних верстатах, призначених длясвердлення друкарської платні також потрібне отримання високих частот обертання6-60000 об/хв. Отримання таких високих частот обертання можливо шляхомзастосування ремінної передачі, що підвищує, від двигуна з частотою обертання3000 об/хв. або високо швидкісних двигунів. У першому випадку використовуютьсякороткозамкнуті АД з частотою живлення мережі 50 Гц. Таке рішеннязастосовується при потужності до 2-3 кВт і частоті обертання кола до 18 тис.об/хв. При застосуванні вказаного типа приводу на частоти обертання більше20000 об/хв. виходить не сприятливе співвідношення діаметрів шківів на двигуніі шпинделі. Кут обхвату ременем шківа на шпинделі виявляється не достатнім дляпередачі необхідної потужності. Використання другого типа приводу з високошвидкісним двигуном — електрошпинделем, на валу якого крепеться ріжучий інструмент,дозволяє одержати найбільш раціональну конструкцію механізму головного руху. Протетільки спрощення конструкції головного приводу не вирішує задачі істотногопідвищення продуктивності праці і якості обробки на верстатах. До теперішньогочасу в більшості верстатів для зміни частоти обертання кола мінявсяелектрошпиндель. На одному верстаті використовувалися до чотирьох зміннихелектрошпинделів з різними номінальними частотами обертання.
Застосуваннярегульованого приводу з електрошпинделем дозволяє зберегти незмінною швидкість.забезпечується отримання оптимальних режимів шляхом регулювання швидкостірізання.
1.3Опис схеми електроприводу механізму головного руху верстата 243ВМФ2
Функціональнасхема електропривода головного механізму верстата 243ВМФ2 показана на аркушіграфічної частини.
Силовачастина містить головний елемент «тиристорний перетворювач» (ТП). ТПпідключається до живлячої мережі за допомогою трансформатора. Трансформаторназивається таким, що «узгоджує» оскільки служить для узгодження змінноїнапруги мережі і постійної напруги двигуна. Окрім цього трансформатор обмежуєструм короткого замикання і знижує швидкість зміни струму в тиристорах. Зменшуєвплив мережі і інших джерел на роботу приводу.
ТПзібраний по схемі «трифазна нульова». При сумісному управлінні перша групатиристорів працює випрямлячами, а друга інвертором. У схемах з суміснимуправлінням в групах тиристорів і трансформатора можливі зрівняльні струми якіминувши навантаження можуть досягати небезпечних для тиристора значень, для їхобмеження включений зрівняльний дросель між груп тиристорів. Для захистутиристорів використовуємо «запобіжник» — захист від струму і «RC-ланцюг»- відперенапруження. Запобіжники повинні бути швидкодіючі, плавкі, володіючіструмообмежувальною дією. Струмогодинна захисна характеристика швидкодіючого запобіжникаповинна бути узгоджена з перевантажувальною характеристикою тиристора, такимчином щоб час плавлення і відключення запобіжника були менші за той час вперебігу якого наступає руйнування тиристора. Захист за допомогою RC-ланцюжків застосовуєтьсяяк від внутрішніх так і від зовнішніх перенапружень. Також є захист в котушцізбудження двигуна в якій може відбутися обрив поля. Для усунення обриву полявикористовується датчик струму RS2, який відстежує струм що протікає по котушцізбудження і відправляє сигнал через аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) напристрій числового і програмного управління (ПЧПУ). Обмотка збудженняпідключена за схемою «однофазна мостова» зібраної на діодах. Послідовно з якоремвключений згладжуючий дросель, який згладжує пульсацію випрямленої напруги ітим самим покращує роботу двигуна.
Схемарегулювання виконана за принципом підлеглого регулювання. Система управління складаєтьсяз регулятора швидкості, регулятора струму і система імпульсно-фазовогоуправління (СІФУ). Регулятор швидкості виконується за допомогою операційногопідсилювача і резистора включеного в ланцюг зворотнього зв'язку. Датчикомшвидкості є тахогенератор (BR) вбудований в двигун. Сигнал на виходірегулятора швидкості порівнюється з сигналом зворотнього зв'язку по струму іпоступає на регулятор струму. Регулятор струму складається з операційногопідсилювача з резистором і конденсатором увімкненим у ланцюг зворотногозв'язку. З силової частини за допомогою (RS) датчика струму подається сигнал нарегулятор струму який.
СІФУвиконує 3 функції:
формуєімпульс;
визначаєкут відхилення тиристора (чим більше кут тим напруга, що випрямляється, менше;чим менше кут тим напруга, що випрямляється, більше);
подаєданий імпульс на відповідний тиристор;
ВиходиСІФУ залежать від вибраної схеми подачі імпульсів. Схема управління, щоуправляють, сумісна означає на виході СІФУ буде така кількість імпульсів якірівно загальній кількості тиристорів обох груп.
Данийдвигун працює при запуску в режимі зниженої напруги, в діапазоні частот(167-33), для гальмування двигуна використовується режим динамічногогальмування і режим реверсу двигуна. Пуск двигуна здійснюється при зниженійнапрузі 40(В), яке видає тиристорний перетворювач відповідно до виходу з СІФУкута. Чим менше кут тим
більшанапруга тиристорного перетворювача, двигун виходить на
природнухарактеристику. Для зупинки двигуна використовуємо режим динамічногогальмування, який здійснюється відключенням якірної обмотки від мережі ізамиканням її на динамічний опір. Щоб здійснити реверс двигуна СІФУ перемикаєгрупи тиристорів і по цьому міняється полярність напруги. Регулятор струму ірегулятор швидкості забезпечують регулювання частоти обертання. Параметрирегулятора струму і регулятора швидкості розраховані по «технічному оптимуму»перехідних процесів.
2.РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
Початкові данні:
розрахунковапотужність /> ;
розрахунковачастота обертання />;
схематиристорного перетворювача (ТП): трифазна нульова ;
настроєнняперехідного процесу ,’’ технічний оптимум’’: 4,3% ;
відношення моментівінерції механізму та двигуна: /> =0,62 ;
коефіцієнтпідсилення ТП: /> ;
постійна часуТП: /> ;
2.1Вибір двигуна і розрахунок його механічних характеристик
Двигунвибираю по умові:
/>
/>
По довіднику[6] вибираюдвигун типу 2ПБ132МГУХЛ4: друга серія машин постійного струму; закритоговиконання з природним охолоджуванням; із заввишки осі обертання 132мм.; з якоремвеликої довжини; з вбудованим тахогенератором для використання в помірномукліматі.
Номінальніпараметри двигуна: потужність /> ;
частотаобертання /> ;
напруга /> ;
КПД % /> ;
опірякірного ланцюга /> ;
опіробмотки збудження /> ;
індуктивність/> ;
моментінерції двигуна /> ;
Розрахунокмеханічних характеристик вибраного двигуна зводиться до розрахунку координатточок, оскільки графіки механічних характеристик двигуна з незалежнимзбудженням є прямою лінією, для їх побудови досить мати координати двох точок.
Вибираємоці крапки для режиму холостого ходу і для режиму номінального навантаження.
Номінальначастота обертання
/> (1)
/>
Струм збудження
/> (2)
/>
Споживанапотужність двигуна
/> (3)
/>
Повний струм
/> (4)
/>
Струмякоря
/> (5)
/>
Машина постійна
/> (6)
/>
Момент щообертає
/> (7)
/>
Частотаобертання холостого ходу
/> (8)
/>
Пускдвигуна відбувається при зниженій напрузі.
Максимальнийпусковий струм
/> (9)
/>
Пускова зниженанапруга
/> (10)
/>
Частотаобертання холостого ходу при зниженій напрузі
/> (11)
/>
Режимдинамічного гальмування відбувається відключенням обмотки якоря від ТП ізамикання його на />.
Моментдинамічного гальмування
/>(12)
/>
Режимдинамічного гальмування закінчується. Режим противовключення здійснюється зарахунок зміни полярності і величини напруги якоря (змінюються групи тиристорівв тиристорному перетворювачі).
Максимальниймомент
/> (13)
/>
Графікимеханічних характеристик показані на (рис. 3)
Природнахарактеристика А (0 Нм;180,6 />),Б(15,9 Нм;167,5 />)
Пусковахарактеристика В(39,8 Нм;0 />), Г(0Нм;32,9 />)
Динамічнегальмування Ж(-39,8 Нм;167,5 />), З(0Нм;0 />)
Режимпротивовключення И(-39,8 Нм;147,7 />)
2.2Розрахунок, вибір і перевірка силового тиристора
Силовийтиристор вибирається по умові:
/>
Длявибору тиристора необхідно розрахувати середній прямий Ivs і зворотне Uтиристора.
Середнійпрямий струм
/> (14)
/>
Зворотня напруга
/> (15)
/>
Силовий тиристорвибираємо по довіднику[7] по умові:
/>
/>
Типтиристору Т10-10
Максимальнодопустимий діючий середній струм у відкритому стані:
/>
Максимальнодопустима постійна зворотна напруга:
/>
Ударнийструм у відкритому стані:
/>
Динамічнийопір у відкритому стані:
/>
Длятрифазної нульової схеми вибраний тиристор перевіряємо в режимі короткогозамикання в силовому ланцюзі. Для цього розглянемо спрощену схему (рис.4). Напругана вторинній обмотці трансформатора:
/> (16)
/>
Струм вторинноїобмотки трансформатора:
/> (17)
/>
Потужністьнавантаження
/> (18)
/>
Повна потужністьсилового трансформатора:
/> (19)
/>
Застосовуємопотужність короткого замикання рівну 3% від повної потужності:
/> (20)
/>
Напругутрансформатора приймаємо рівною 4% від напруги вторинної обмотки:
/> (21)
/>
Повнийопір короткого замикання трансформатора, приведений до вторинної обмотки:
/> (22)
/>
Активнийопір трансформатора приведена до вторинної обмотки:
/> (23)
/>
Індуктивнийопір короткого замикання приведений до обмотки:
/> (24)
/>
Опірмережі, приведений до вторинної обмотки трансформатора:
/>
/> (В)
/> (25)
/>
Повнийопір спрощеної схеми заміщення:
/>(26)
/>
Струмкороткого замикання спрощеної схеми:
/>(27)
/>
Перевіряємовибраний тиристор:
/>
/>
Вибранийтиристор підходить.
Дляживлення обмотки збудження двигуна використовуємо однофазну мостову схему
Діодвибираємо для однофазної мостової схеми по умові
/>
Длявибору діода необхідно розрахувати середній прямий Ivд і зворотне U діода.
Середнійпрямий струм
/> (28)
/>
Зворотна напруга
/> (29)
/>
Діод вибираємопо довіднику [8] по условию:
/>
/>
Типдіода КД209А
Вибранийдіод підходить.
2.3 Розрахунок параметрів схеми управління
Розрахунокпочинаємо з внутрішнього контура струму.
Функціональнасхема контура струму показана на (рис 5).
Длярозрахунків всі ланки функціональної схеми представимо на (рис 6) за допомогоюпередавальних функцій (математично).
Торт-постійна часу регулятор струму визначається по формулі
Торт = Rот ∙С (30)
Т1рт- постійна часу регулятора струму.
Т1рт = R3 ∙C (31)
Кu- коефіцієнт посилення тиристорного перетворювача.
Тu-постійна часу тиристорного перетворювача.
Rе-еквівалентний опір якірного ланцюга
/> (32)
/>
Те- електромагнітна постійна часу двигуна.
Передавальнафункція розімкненого контура струму рівна твору передавальних функцій реальноїсхеми.
/>
Щобпіти від постійної Торт необхідно підібрати параметри регулятора струму, такимчином, щоб, Торт = Те
/>
Передавальнафункція замкнутого контура струму
/>
Якістьперехідного процесу вказаний в заданий «технічний оптимум». У технічномуоптимумі перерегулювання рівна =4,3% від номінала. Настройка замкнутого контураструму на технічний оптимум виконується при наступному співвідношеннюкоефіцієнтів.
/>
Дляреалізації системи управління вибираємо (уніфіковану блокову системурегулювання) з уніфікованим сигналом.
Приймаємосигнал зворотнього зв'язку по струму />
Коефіцієнтзворотнього зв’язку по струму :
/> (32)
/>
Постійначасу регулятора струму
/> (33)
/>
Задаємосязначенням місткості (від 3 до 10 мФ)
/> (34)
/>
Електромагнітнапостійна часу
Торт = Те
/> (35)
/> (36)
/> (37)
/>
Розглянемоконтур швидкості.
Функціональнасхема контура швидкості показана на (рис. 7). Для розрахунків всі ланкифункціональної схеми представимо на (рис .8) за допомогою передавальних функцій(математично). Приймаємо сигнал зворотнього зв'язку за швидкістю Uос=8В
Коефіцієнтзворотнього зв'язку за швидкістю:
/> (38)
/>
∆wперепад частот обертання двигуна при зміні навантаження від холостого ходу дономінального
/> (39)
/>
Електромеханічнапостійна часу двигуна
/> (40)
/>
Коефіцієнтрегулювання швидкості:
/> (41)
/>
Відповіднодо схеми регулятора швидкості Rос=200 кОм
/> (42)
/> (43)
/>
Вузолобмеження струму виконується на регуляторі швидкості за допомогоюстабілітронів. Призначення стабілітронів обмеження струму двигуна.
Значенняобмежуваного струму
/> (44)
де />— перерегулювання«технічного оптимуму» =4,3%
/>
Напругастабілізації
/> (45)
/>
Вибираємо стабілітронпо каталогу [8].
По умові UVD≤UСТ
Тип КС482А UСТ=9,2В
2.4Аналіз схеми електроприводу на стійкість
Проводивсяза допомогою логарифмічних частотних характеристик. Передавальна функціяелектроприводу — це передавальна функція замкнутого контура швидкості. Необхіднопобудувати графіки логарифмічної амплітудної частотної характеристики (ЛАЧХ) ілогарифмічною фазою частотної характеристики (ЛФЧХ). Вісь w починається з 1,оскільки в діапазоні від 0 до 1 ЛАЧХ не міняє кут нахилу залишається паралельноосі ω. Спрощена передавальна функція електроприводу
/> де
/>
/>
ЛАЧХ приω=1/> L(1)=20lgk, де К- числітель нашої передаточної функції
/>
/> (46)
Сполучаючачастота
/> (47)
/>
Зкрапки на осі L проводимо пряму під кутом -20 дБ/дк (перша ділянка ЛАЧХ) доперетину з вертикаллю в точці /> сопр.Друга ділянка ЛАЧХ має кут нахилу -40 дБ/дк. ЛФЧХ має наступний вигляд
/> (48)
Задаючисьзначенням w розраховуємо значення /> результатизаносимо в таблицю.
Таблиця.Дані для побудови ЛФЧХ
W, c-1 1 10 45 250 1000 3000
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
ГрафікиЛАЧХ і ЛФЧХ показані (рис.9). По графіках ЛАЧХ і ЛФЧХ визначається стійкість системиелектроприводу. Стійкість при амплітуді визначається при такій частоті колиЛФЧХ перетинає або співпадає з віссю />.Запас стійкості по амплітуді визначається відрізком (ординатою) між віссючастот і L(w) на частоті, коли /> пересікаєось/> ,/> .Система стійка якщо /> негативна.Запас стійкості по фазі визначається по частоті зрізу. Якщо відрізок розташовуєтьсянад віссю /> системапо фазі стійка.
/> (49)
Система стійка.
СПИСОКВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1 Программное управление станками ипромышленными роботами: учеб. Для ПТУ/Б.Л.Касовский, Ю.Т.Козарев, А.Л.Ковшов идр. – 2 из., стер. – М.: Выс. шк., 1989.-272с.
2 Власов С.Н.; Годович Г.М.;Черпаков Б.И… Устройство, наладка и обслуживание металлообрабатывающих станкови автоиатических линий: Учебник для техникумов. – изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1995.- 494с.
3 Локтева С.Е. Станки с программнымуправлением и промышленные роботы: Учебник для машиностроительных техникумов. –изд. перераб. доп. – М.: Машиностроение, 1986-320с.
4 Бровінській «електроустаткуванняметалоріжучих верстатів»;
5 Довідник по автоматізірованомуелектроприводу /під. ред. В.А.Елісєєва і В.А.Шенянського.-М.: енергоатом.видавництво 1983.
6 Справочник по электронным машинам: В.2т./под общ. Ред. И.П.Копылова и Б.К.Клокова Т.1.-М.: Энергоатом. изд.1988.-456с.
7 Замятин В.Я. и др. Мощныеполупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев,В.М.Петухов. — М.: Радио и связь,1988.-576с.
8 Справочник в помощь радио любителю.-М.: Патриот. вып.110.-61с.