В данном курсовом проекте разрабатывается система автоматического управления электроприводом подачи вертикального фрезерного станка. По характеристике механизма выбирается тип двигателя и структура САУ. Выбранная САУ оптимизируется с целью обеспечения требуемых статических и динамических характеристик электропривода. Для проверки динамических показателей рассчитываются переходные процессы в определенных режимах.
Кроме этого в системе управления электропривода разрабатываются необходимые защиты и блокировки для данного механизма и электропривода. Также производится выбор силового оборудования и аппаратов управления.
Привод подачи вертикально-фрезерного станка предназначен для перемещения стола этого станка в необходимых направлениях и с заданной скоростью. Стол станка служит для закрепления на нем заготовки. Перемещение заготовки должно осуществляться со строго заданной скоростью, так как от этого зависит точность и чистота обработки заготовки. Для уменьшения времени подвода заготовки в область резания, должна быть обеспечена повышенная скорость перемещения стола. Обобщая вышесказанное и исходные данные можно сказать, что САУ подачи стола данного станка должна обеспечить широкий диапазон регулирования D=50, тогда при номинальной скорости
с-1
получим пониженную скорость
с-1
Зная по исходным данным погрешность скорости при изменении нагрузки от 0.4∙Мн до Мн, определим абсолютную погрешность скорости при номинальной нагрузке:
Согласно исходным данным определим номинальный момент двигателя
Проанализируем требования предъявляемые к механизму и попытаемся на основании анализа подобрать систему электропривода которая позволит наиболее дешево и надежно обеспечить эти требования.
Рассмотрим ряд систем:
Асинхронный двигатель с фазным ротором, со ступенчатым регулированием добавочным сопротивлением. Это система проста, надежна в эксплуатации и обслуживании, а потому дешевая. Но данная система не обеспечивает необходимый диапазон регулирования скорости. Диапазон регулирования данной системы – 3-5, при необходимом 50. Таким же недостатком обладают следующие системы: двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с реостатным регулированием, тиристорный преобразователь – асинхронный двигатель.
Рассмотрим систему «тиристорный преобразователь - двигатель». Такая система позволяет получить глубокий диапазон регулирования скорости с достаточной точностью и применяется для электроприводов различной мощности. Она обладает высоким КПД и позволяет получить плавное протекание переходных процессов. Недостатком данной системы является то, что она значительно дороже вышеуказанных систем. Но, несмотря на это в данном механизме необходимо применить такую систему, так как она удовлетворяет требованиям по диапазону регулирования и точности.
Выбираем двигатель по требуемому моменту, мощности и частоте вращения.
По справочнику [2] выбираем двигатель 2ПН112LГУХЛ4
Класс изоляции - B
Допустимая перегрузка – 2∙Iном в течении 60с. Режим работы - S1
Двигатель имеет тахогенератор типа ТС1. Ктг = 0.033В/(об/мин),
Rн.min=2 кОм
Рассчитаем номинальный момент выбранного двигателя.
Номинальная скорость двигателя
с-1
с-1
Номинальный ток двигателя
Сопротивление обмоток при рабочей температуре рассчитаем по формуле
,
где τ – разность между текущей температурой двигателя и температурой окружающей среды τ=115-15=100 C0
α=0.0039 – температурный коэффициент для меди
R – сопротивление при температуре окружающей среды (t=15C0)
Rt – сопротивление при рабочей температуре
Rя = 0.242∙(1+0.0039∙100) = 0.336 Ом
Rдп = 0.195∙(1+0.0039∙100) = 0.271 Ом
Rв = 25.3∙(1+0.0039∙100) = 35.167 Ом
Номинальный поток возбуждения
Номинальный электромагнитный момент двигателя
Для управления двигателем постоянного тока на практике используются комплектные тиристорные электропривода различных моделей. Выбираем комплектный электропривод ЭПУ1-2-40-27ПУХЛ4
Это реверсивный однозонный быстродействующий электропривод постоянного тока для приводов подач.
Напряжение питания силовой цепи Uпит=380В; Номинальный ток Iн=100А;
Частота питающей сети f=50Гц; Номинальное напряжение Uном=230В;
Для питания силовой части электропривода по техническому описанию выбираем рекомендованный для данного привода коммутационный реактор РТСТ-82-0,505У3.
Напряжение Uн = 410 В.
Ток Iн = 82 А
Индуктивность L=0.505 мГн
Активное сопротивление R=0.037 Ом
Определим некоторые параметры электропривода:
Момент инерции системы
Максимальный статический момент
Минимальный статический момент
Суммарная индуктивность якорной цепи
Реактивное сопротивление реактора
Суммарное сопротивление якорной цепи
Электромагнитная постоянная времени
Электромеханическая постоянная времени
В силовой цепи вместо трансформатора используем токоограничительные реакторы. По функциональной и принципиальной схемам выбранного электропривода, составим структурную схему системы автоматического управления.
Как правило, в настоящее время промышленностью системы управления положением строятся по принципу подчиненного регулирования, т. е. к внутренним контурам регулирования тока и скорости добавляется внешний контур регулирования положения.
Необходимость внутреннего контура тока обоснована следующим: если возможен режим работы “на упор” или требуется ограничение тока двигателя в переходных процессах, то следует применять 2 контура регулирования (внутренний контур тока якоря и внешний контур скорости). В канале управления возбуждением всегда следует применять 2 контура (внутренний контур регулирования тока возбуждения и внешний контур ЭДС якоря).
Структурная схема САУ:
Рис 1. Структурная схема САУ
Определим параметры отдельных блоков структурной схемы САУ.
1. Передаточная функция якорной цепи.
2. Передаточная функция преобразователя.
, где
, где
- ЭДС холостого хода
Uоп.max – максимальное опорное напряжение = 10В
ТТП=1/p∙fc=1/6∙50=3.33∙10-3 c
3. Передаточная функция датчика тока
,где
Uзт =5 В – напряжение задания тока.
Iндв=30.11A – номинальный ток двигателя
4. Передаточная функция звена обратной связи по скорости.
5. Коэффициент передачи обратной связи по положению.
,
где φу =ly/ρ=0.5/1.51∙10-3 =331.12– требуемое установившееся значение.
ρ=1.51∙10-3м – радиус приведения скорости стола к валу двигателя
ly – установившееся значение перемещения принимаем равным 0.5м
Uзп=5В – напряжение задания перемещения.
Выделим из всей
структурной схемы контур тока. 
Рис 2. Контур тока
Выберем в качестве малой постоянной ТμI =TТП =3.33∙10-3 . В этом случае
Тм=0.044c<20∙ТμI =0,0666c пренебречь обратной связью по ЭДС нельзя.
Т.к. ТД2 мало, то эту постоянную времени можно включить в малую ТμI, и тогда ТμI=3.33∙10-3+6∙10-3=9.33∙10-3 .
Передаточную функцию регулятора тока можно представить:
,
где 
=Tд1
Передаточная функция замкнутого контура тока
Выделим из общей структурной схемы контур скорости.
Рис 3. Контур скорости.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
