Проектирование привода главного движения продольно-строгального станка 7212

Принцип действия электропривода.Электропривод выполнен на базе трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором с датчиком угловых перемещений, установленным на валу, и преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем и инвертором напряжения. На выходе преобразователя формируется напряжение регулируемой амплитуды и частоты, подаваемое на обмотки статора двигателя. Используя сигналы обратной связи, система управления регулирует момент и скорость двигателя в соответствии с получаемым заданием.На рисунке 9 показана схема подключения электропривода с использованием минимального набора сигналов управления и заводской настройкой входов и выходов.Рис. 9. Типовая схема подключения преобразователя частоты.4. Разработка и расчёт математической модели системы электропривода4.1 Расчёт параметров регулятораРасчёт коэффициентов и ограничений ПИ-регуляторов:Рассчитаем зависимость0,75/ от мощности асинхронных электродвигателей (Рисунок 10) и механические характеристики.Величина синхронной угловой скорости:)Где p0=3число пар полюсов; =50Гц частота тока; синхронная угловая скорость.Номинальное скольжениеГде n0- синхронная частота вращения ротора; - номинальная частота вращения ротора; - номинальное скольжение.Ток статора электродвигателя при частичной загрузке равен:Где ток статора электродвигателя при частичной загрузке; коэффициент загрузки электродвигателя; номинальная мощность двигателя; номинальное фазное напряжение, коэффициент мощности при частичной загрузке; КПД электродвигателя. Ток холостого хода асинхронного электродвигателяГде ток холостого хода асинхронного электродвигателя; ток статора электродвигателя при частичной загрузке; коэффициент загрузки электродвигателя, номинальный ток обмотки статора электродвигателя; номинальное скольжение. Рисунок 10 - Зависимость0,75/ от мощности асинхронногоэлектодвигателяИз формулы Клосса получено соотношение для расчета критического скольжения: Где критическое скольжение; номинальное скольжение; кратность максимального момента.Предварительно для определения активных и индуктивных сопротивлений (параметров схемы замещения) обмоток статора и ротора вычисляются следующие коэффициенты:Где коэффициент индуктивных сопротивлений обмотки статора; ток холостого хода асинхронного электродвигателя; кратность пускового тока; номинальный ток обмотки статора.Где коэффициент индуктивных сопротивлений обмотки ротора; число фаз; номинальное фазное напряжение; коэффициент индуктивных сопротивлений обмотки сттора; кратность максимального момента; номинальная мощность двигателя.Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора асинхронного электродвигателя.Где активное сопротивление ротора; коэффициент индуктивных сопротивлений обмотки ротора; коэффициент индуктивных сопротивлений обмотки статора; кофицент скольжения; критическое скольжение.Активное сопротивление обмотки статора рассчитывается по следующей формулеГде активное сопротивление обмотки статора; коэффициент индуктивного сопротивления обмотки статора; активное сопротивление обмотки ротора; кофицент скольжения.Параметр , для расчета сопротивления короткого замыкания.Где  параметр критического скольжения; кофицент скольжения.Где индуктивное сопротивление короткого замыкания;  параметр; коэффициент индуктивных сопротивлений обмотки статора;активное сопротивление ротора. Тогда индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора, приближённо можно определить:Где индуктивное сопротивление обмотки ротора; индуктивное сопротивление короткого замыкания; коэффициент индуктивного сопротивления обмотки статора.Индуктивное сопротивление обмотки статора.Где индуктивное сопротивление обмотки статора; индуктивное сопротивление короткого замыкания.Индуктивное сопротивление цепи намагничивания рассчитывается через значение ЭДС обмотки статора.Где ЭДС обмотки статора; номинальное фазное напряжение; номинальный коэффициент мощности электродвигателя; активное сопротивление обмотки статора; номинальный ток обмотки статора электродвигателя; индуктивное сопротивление обмотки статора.Индуктивное сопротивление контура намагничивания:Где индуктивное сопротивление контура намагничивания; ЭДС обмотки статора; – ток холостого хода.Индуктивность ротораИндуктивность статораИндуктивность контура намагничиванияКоэффициент рассеянияПримем частоту коммутации транзисторных ключе в ШИМ равной 10 кГц, тогда период коммутации будет составлять Tm=0,0001 c.Малая некомпенсируемая постоянная времени контура тока Tкт включаетTmи другие малые временные задержки и постоянные времени, входящие в замкнутый контур тока. Примем Tкт=0,0002 с.Коэффициент передачи датчика тока примем равным единице: kдт=1.Коэффициент передачи преобразователя частоты kпчпримем равным сотне.Передаточная функция регуляторов:Коэффициент К регуляторов тока:Постоянная времениT регуляторов тока:Предельные значения ограничений выходных сигналов регуляторов тока определяются по формуле:где – минимально допустимая ширина импульса управления ключами инвертора, определяемая их быстродействием, примем её равной 2мкс.Регулятор скорости :Коэффициент передачи датчика скорости kдс принимаем равным единице kдс=1.Малая некомпенсируемая постоянная времени контура скорости Tкс включает 4Tкmи другие малые временные задержки и постоянные времени, входящие в замкнутый контур скорости. Примем Tкс=0,0008 с.Коэффициент К регулятора скорости:Постоянная времениT регулятора скорости:Ограничение выходного сигнала регулятора скорости:Чтобы получить в контуре скорости процессы, соответствующие стандартному фильтру Баттерворта 3-го порядка, на его вход включается НЧ-фильтр первого порядка с передаточной функцией:Т.к. значения пи-регулятора скорости не удовлетворяют системе, найдем их опытным путем.5.2.Построение математической моделиПолучившаяся модель представлена на рис. 11, а результаты моделирования на рис. 12 и 13.В качестве режима работы рассмотрены циклы черновой и чистовой обработки детали. Циклы соответствуют нагрузочным диаграммам и тахограммам рис. 6 и 7.Рис. 11. Структурная модель электропривода ЭПВ с асинхронным двигателемРис.12. Результаты моделирования черновой обработки. М, Н·м; ω, об/минРис.13. Результаты моделирования чистовой обработки. М, Н·м; ω, об/минЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполненной работы был рассмотрен продольно-строгальный станок 7212, изучены его характеристики и возможности. По результатам расчетов была проведена замена штатного двигателя постоянного тока электропривода главного движения на более современный асинхронный частотно-регулируемый двигатель, обладающий более высокими энергоэффективными показателями и удовлетворяющий требованиям современной обработки металлических изделий.Преобразователь для электропривода двигателя главного движения был заменен в соответствии с требованиями, предъявляемыми к приводам фрезерных станков насовременный перспективный отечественный преобразователь частоты серии ЭПВ.Указанные выше мероприятия по замене комплектующих продольно-строгального станка вкупе позволили его модернизировать до такого технологического уровня, который позволит конкурировать со станками современного производства.Список использованной литературы1. Черпаков Б. И. Металлорежущие станки : учебник для нач. проф. образования / Б. И. Черпаков, Т. А. Альперович. — М. : Издательский центр «Академия», 2003.2. Фролов Ю. М. Автоматизированное проектирование электроприводов постоянного тока : учеб.пособие / Ю. М. Фролов. — Воронеж : Изд-во ВПИ, 1992.3. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Т. 1 / под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1985.4. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Т. 2 / под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1986.5. Капунцов Ю. Д. Электрооборудование и электропривод промышленных установок / Ю. Д. Капунцов, В. А. Елисеев, Л. А. Ильяшенко. — М. : Высшая школа, 1979.6. Ключев В. И. Теория электропривода : учебник для вузов / В. И. Ключев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Энергоатомиздат, 2001.7. Фролов, Ю. М. Проектирование электропривода промышленных механизмов: [учебное пособие для вузов] / Ю. М. Фролов, В. П. Шелякин.— Санкт-Петербург: Лань, 2014.—448 с.: ил.8. Схиртладзе А.Г., Иванова Т.Н., Борискин В.П. Технологическое оборудование машиностроительных производств. Учебное пособие. - Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2007. - 708 с.9. Пруднов А.В., Глазунов В.Ф. Расчет мощности электродвигателей механизмов главного движения металлорежущих станков. Методическое пособие. ИГЭУ, 2013.10. Виноградов А.В. Векторное управление электроприводами переменного тока. ИГЭУ, 2008. - 320 с.