РАСЧЁТ И ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ КОМПЛЕКТНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Расчетно – пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Автоматизированный электропривод»

Вариант № 8 СЭП

Выполнил:

ст. группы АПП-03-2

Дьяков Алексей Викторович

Проверил:

Субботин Олег Владимирович

Краматорск 2007

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Исходные данные для проектирования, в соответствии с заданным вариантом задания (вариант №8 СЭП), приведены в таблице 1

Таблица 1 – Исходные данные для проектирования СЭП

РЕФЕРАТ

Данная расчётно-пояснительная записка содержит 61 страницу, 22 рисунка, 13 таблиц и 3 источника.

Объектом проектирования является электропривод подачи режущего инструмента металлорежущего станка.

Целью проектирования является разработка аналоговой системы автоматического управления электроприводом подачи режущего инструмента металлорежущего станка.

При выполнении данной работы необходимо: рассчитать и выбрать источник питания для электропривода на базе тиристорного преобразователя, исследовать статические и динамические режимы работы электропривода, спроектировать функциональную схему системы автоматического управления электроприводом подач режущего инструмента металлорежущего станка, в которой необходимо предусмотреть средства сопряжения измерительных преобразователей и исполнительных органов с микропроцессорной системой.

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, САУ СЭП, ПИ-РЕГУЛЯТОР, ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС, ПЕРЕРЕГУЛИРОВАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой роботе рассматривается система управления следящим електроприводом, т.е. приводом подач, который осуществляет перемещение заготовки или режущего инструмента в зоне резания. В соответствии с этим к приводу предъявляются следующие конкретные требования:

1) привод подач должен регулироваться при постоянном моменте (М=const). В механизмах подач основное усилие затрачивается на преодоление сил трения при перемещении узла станка;

2) приводы подач должны обеспечивать сверхширокий диапазон регулирования (D>10000), так как в станках с ЧПУ минимальная подача определяется дискретностью управления и обратной связи. Только при отработке приводом каждой дискреты могут быть обеспечены высокая точность и малая шероховатость при обработке;

3) приводы подач должны иметь высокие скорости быстрого хода и высокое быстродействие при разгоне - торможении и при сбросе - набросе нагрузки.

Расширение технологических режимов обработки на одном станке, с использованием современного режущего инструмента, привело к усложнению установленных электроприводов, увеличению установленной мощности двигателя главного движения, вращающих моментов двигателей подач, расширению диапазона регулирования скорости главного привода, рабочих подач и установочных перемещений, увеличению быстродействия всех приводов при управляющем и возмущающем воздействиях, ужесточению требований к стабильности и равномерности вращения электродвигателей всех приводов.

Требование повышения производительности привело к увеличению мощности и максимальной скорости привода главного движения, к повышению скорости быстрого хода приводов подач, увеличению максимальных рабочих подач; уменьшению времени разгона и торможения, позиционирования приводов подач, вспомогательных перемещений и ориентации шпинделя.

Необходимость удовлетворения требований снижения шероховатости и повышения точности при обработке и позиционировании способствовала ужесточению требований к электроприводам относительно значений погрешностей в установившихся и переходных режимах при различных возмущающих воздействиях, расширения диапазона регулирования и увеличения чувствительности электроприводов к входному воздействию и нагрузке, относительно повышения равномерности движения, особенно при малых скоростях, увеличения быстродействия при возмущении, нагрузке и при реверсе под нагрузкой на малой скорости.

Для обеспечения повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии и высокой точности позиционирования необходимо иметь высокостабильный привод с высокой равномерностью перемещения и апериодическим переходным процессом при изменении скорости.

Появление низкоскоростных высокомоментных двигателей небольших габаритов позволило существенно уменьшить механическую часть коробки подач, а в ряде случаев полностью ее убрать, установив исполнительный двигатель непосредственно на ходовой винт.

В случаях, когда двигатель не имеет коробки подач, повышается мощность механической передачи, КПД, снижается момент инерции электромеханического привода, увеличивается составляющая от резания в общей нагрузке приводов подач. В большинстве современных станков нагрузка на двигатель при рабочих подачах без резания составляет не более 20-30 % номинальной.

Рост составляющей от сил резания в общей нагрузке на привод подачи увеличил колебания нагрузки на электроприводе подачи при резании, что ужесточило требования к статической и динамической жесткости привода подачи.

Максимальная рабочая подача современных многоцелевых станков составляет 30-50 % скорости быстрых перемещений.

Скорость быстрых перемещений зависит от характеристик механической части привода, возможностей системы ЧПУ (в частности, от максимальной частоты сигнала управления приводом от системы ЧПУ), дискретности управления, максимальной угловой скорости приводного электродвигателя, коэффициента редукции передачи от двигателя к механизму и других ограничений, вносимых системой ЧПУ.

Стабильность позиционирования и обработки определяется, в первую очередь, стабильностью электропривода, датчика положения и системы ЧПУ. Стабильность характеристик электропривода при достаточно большом коэффициенте усиления определяется стабильностью нуля входного усилителя регулятора и датчика скорости – тахогенератора. Наибольшая относительная нестабильность имеет место при малых скоростях, когда полезный сигнал соизмерим с дрейфом нуля усилителя и падением напряжения в щеточном контакте тахогенератора.

Другим фактором, влияющим на стабильность, а следовательно, и на идентичность параметров при обработке партии деталей, является характер переходного процесса по управляющему воздействию в замкнутых системах следящего и регулируемого электроприводов.

Электроприводы подач подразделяются по следующим признакам:

- по способу выполнения силового преобразователя (виду силовых полупроводниковых приборов) – тиристорные на основе реверсивных управляемых выпрямителей, транзисторно-тиристорные на основе реверсивных широтно-импульсных преобразователей;

- по компоновке конструкции (числу приводов, выполненных в едином конструктиве) – однокоординатные, многокоординатные.

В состав электропривода подачи входят:

- электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов со встроенным датчиком скорости, электромагнитным тормозом, датчиком температурной защиты и датчиком пути;

- полупроводниковый преобразователь, включающий силовой блок (обеспечивает преобразование напряжения переменного тока в постоянное), регуляторы (обеспечивают регулирование скорости двигателя в широком диапазоне с высокой точностью), блоки питания, защиты и диагностики;

- силовой трансформатор (автотрансформатор) для согласования напряжения питающей сети с напряжением электродвигателя, ограничения тока короткого замыкания в приводе и снижения влияния помех или токоограничивающий реактор, ограничивающий ток короткого замыкания;

- коммутационные реакторы для снижения взаимного влияния приводов при многокоординатном исполнении и питании их от одного силового трансформатора (или через токоограничивающие реакторы);

- уравнительные или сглаживающие реакторы для ограничения уравнительных токов при совместном управлении выпрямительной и инверторной группами тиристоров и для сглаживания пульсаций тока якоря двигателя (в результате чего обеспечивается снижение нагрева и улучшение коммутации двигателя);

- автоматический выключатель для отключения привода от сети в аварийных режимах.

Состав электропривода может меняться в зависимости от конкретного типа электропривода и способа выполнения силового преобразователя.

Питание электропривода производится от трехфазной промышленной сети переменного тока напряжением 220, 380, 440, 500В, частотой 50Гц.

Сигнал управления, соответствующий максимальной скорости, - аналоговый и составляет +10В.

Электроприводы снабжаются аппаратурой защиты, сигнализации, индикации рабочих и аварийных режимов и имеют следующие виды защит: от коротких замыканий; токовых перегрузок; перенапряжений; исчезновения вентиляции (в системах с принудительным охлаждением), а также от напряжения сети; неправильного чередования фаз (при необходимости).

Силовые преобразователи выполняются в одно-, двухкомплектном вариантах с питанием от одного силового трансформатора.

Наработка на отказ комплектного электропривода не менее 4000 ч. Срок службы не менее 10 лет.

РАСЧЁТ И ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ КОМПЛЕКТНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Для приводов средней и большой мощности, а также в случаях, когда необходим большой диапазон регулирования скорости двигателя, применяются трёхфазные шестипульсные схемы. Для приводов, где допустимое “мертвое” время составляет около 0,1 с и более, можно использовать схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи якоря.

Схема тиристорного электропривода с реверсом в цепи якоря представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема тиристорного электропривода с реверсом в цепи якоря