Агрегатный станок по нарезанию гаек с мелкими шагами

     Усилитель.

     Усилитель напряжения в данной автоматической системе предназначен для усиления сигнала и является четырёхканальным типа УТ4-1.

     В приборе используется принцип усиления полезного сигнала на несущей частоте, он включает в себя задающий генератор и четыре самостоятельных канальных усилителя.

     Блок  схема прибора приведена на рис. 3.6.

Рис.3.6. Блок-схема одного канала усилителя

     Математическая модель усилителя имеет вид:

  (2.5)

где  ΔU_у – усиленное напряжение;

     ΔU – напряжение датчика;

     К_у – коэффициент усиления усилителя.

Передаточная  функция:

  (2.6)

Рис. 3.7. Зависимость выходного напряжения от сигнала датчика 

     Коэффициент усиления сигнала равен:

К_у = tg b = 300

     Принципы  действия датчика и усилителя, для систем с гидравлическим и электромеханическим приводами подач одинаковы, что позволяет при расчете использовать их математические модели в обеих системах без изменения. 

     Преобразователь частоты тока

     Для автоматических систем управления металлорежущим оборудованием, наиболее подходящим является полупроводниковый преобразователь  модели VFD-V фирмы DELTA, структурная схема, которого показана на рис. 3.8. 

Рис 3.8 Структурная схема преобразователя частоты тока 
 
 

 

 

Рис.3.9 Общий вид преобразователя частоты тока VFD-V

  Данный  преобразователь предназначен для управления скоростью вращения трехфазных, асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором мощностью от 0,4  до 7,5 кВт, обладает малыми габаритными размерами и сравнительно низкой стоимостью, а также имеет ряд преимуществ и встроенных функций, что значительно упрощает автоматическую систему:

• Съемный пульт управления с пятиразрядным светодиодным дисплеем. Пульт позволяет сохранять и копировать установки параметров с одного преобразователя на другие.
• Возможность вывода и контроля на цифровом светодиодном дисплее до 50 текущих параметров привода (частота, ток, напряжение, момент, скорость, коэффициент мощности, температура IGBT- модуля, мощность, пороги защиты и т.п.);
• Широкие возможности задания характеристики U/F при частотном способе управления (пять точек характеристики задаваемых пользователем).
• Стабилизация напряжения на двигателе (функция AVR) при изменении напряжения питающей сети.
• Частотный и векторный алгоритмы управления в замкнутой и разомкнутой системе регулирования скорости и момента, в том числе, при работе с цифровыми датчиками скорости и цифровым управлением от master encoder.
• Функция прямого управления моментом.
• Встроенный ПИД-регулятор для эффективной работы привода в замкнутой системе автоматического регулирования.
• 1 аналоговый выход (0…10В) с сигналом пропорциональным выходному току, частоте, напряжению и другим текущим параметрам
• 1 импульсный выход для подключения внешнего частотомера, контролирующего выходную частоту.

     Основные  характеристики преобразователей VFD-V представлены в таблице 3.1.

     Таблица 3.1

Модель  VFD__V43A 007 015 022 037 055 075 110 150 185 220 300 370 450 550 750 Ном. мощность двигателя, кВт 0.75 1.5 2.2 3.7 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 Полная  выходная мощность, кВт 2.3 3.2 4.6 6.5 9.9 13.7 18 24 29 34 45.7 55.6 69.3 84 114 Ном. вых. ток, A, при M-const 3 4.2 6 8.5 13 18 24 32 38 45 60 75 91 110 150 Ном. вых. ток, A, при M-var 3.8 5.3 7.5 10 16 22 30 40 47 56 75 91 113 138 188 Диапазон  регулировки вых. частоты  от 0.1 до 400 Гц, c дискретностью 0,01 Гц, Uвых - от 0 до Uсети Перегрузочная способность 150% от  номинального тока в течение  60 сек Параметры питающей сети ~ 3 х (380 - 460)В ±10%, частотой 50/60Гц ±5% Потребл. от сети ток, A, не более 4 5.7 7.3 9.9 12.2 17.2 23 38 55 56 60 73 91 130 175 Габариты (шир/выс/глуб.), мм 150  260  160 150  272  184 200  323  183 250  404  205 370  589  260 425  660  264

 

      Математическая  модель данного звена аналогично математической модели датчика, как  звено безинерционное.

      Коэффициенты  усиления звеньев

      К_у = 1000 и К_п = 1

      Математическая  модель преобразователя соответственно

            _у                     (3.36)

Рис. 3.10 График изменения тока усилителя  от напряжения датчика. 

   передаточное  отношение 

   На  рис.3.11 показан преобразователь  частоты серии VFD-M, предназначенный  для управления  скоростью вращения  трехфазных  асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым  ротором мощностью  от 0,4  до 7,5  кВт. Источник  питания  ПЧ - трехфазная сеть переменного тока –  с номинальным  напряжением 380/400/460В,  частотой 50/60Гц. 

   

   Рис 3.11 электрическая схема промышленного преобразователя частоты серии VFD-V. 

              Асинхронный трехфазный электродвигатель 

Для двигателей основной является механическая характеристика ω=f(M), то есть зависимость частоты  вращения от момента, которая для  асинхронного двигателя может быть получена на основании выражения 

  (3.37)

      (3.37) - аналитическое выражение для электромагнитного момента) или с учетом связи между скольжением S и частотой вращения ω. Вид механической характеристики показан на рис 3.12.

Рис. 3.12. Механическая характеристика асинхронного трехфазного двигателя.

     Ее  можно разбить на два участка - рабочий (0-а) при 0<S<S_M и участок пуска (a-b) при S_M<S<1. Обычно в асинхронных трехфазных двигателях с короткозамкнутым ротором S_M=0.05..0.15, т.е. характеристики достаточно жесткие и рабочая частота вращения ω_н близка к синхронной ω₀. Для таких двигателей на рабочем участке

т.е. преобладает  активная составляющая сопротивления  ротора. Тогда, пренебрегая в формуле  (11) сопротивлениями x´_рп и r₁ по сравнению с

,

получим упрощенное выражение для рабочего участка механической характеристики

откуда 

  (3.38),

где ω - частота вращения ротора, ω₁- частота вращения поля, U_c- напряжение питания сети, R´_p- приведенное сопротивление ротора.

Рис. 3.13. Механическая характеристика асинхронного трехфазного двигателя.

     Как видно из выражения (3.38) и рис 3.13, изменение напряжения питания мало влияет на частоту вращения ротора на рабочем участке и диапазон управления напряжением весьма ограничен.

     Несколько больший диапазон может быть обеспечен  двигателем повышенного скольжения (S_M≥1). Однако в этом случае механические характеристики имеют большую крутизну (рис 3.14) и устойчивая работа двигателя может быть достигнута лишь при использовании замкнутой системы, обеспечивающей стабилизацию скорости. При изменении статического момента система регулирования поддерживает заданный уровень скорости и происходит переход с одной механической характеристики на другую, в итоге работа протекает на характеристиках, показанных на   штриховыми линиями.

Рис.3.14. Механическая характеристика асинхронного трехфазного двигателя.

     Плавное регулирование скорости в широких  пределах с сохранением достаточной  жесткости характеристик возможно только при частотном управлении. Как видно из формулы (3.38), изменяя частоту вращения поля ω₁, можно изменять частоту вращения ротора ω за счет первого слагаемого формулы, при этом желательно, чтобы второе слагаемое не менялось, т.е. жесткость характеристики при этом не изменялась. Для этого одновременно с частотой, изменяют напряжение питания U_c так, чтобы их отношение оставалось постоянным

.

     Тогда рабочий участок механической характеристики при частотном управлении можно  приближенно представить формулой:

  (3.39)

     Такое управление называется пропорциональным частотным управлением.

Вид механических характеристик при пропорциональном управлении показан на рис 3.15.

Рис. 3.15. Частотное управление асинхронным двигателем.

     Как динамическая система асинхронный  трехфазный двигатель описывается  нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка:

     (3.40) 

     где , - соответственно индуктивное и активное сопротивление в обмотке возбуждения; =15,8 - коэффициент вязкого трения; - угловая скорость выходного вала электродвигателя; - постоянная электродвигателя; - напряжение цепи.

     Так как в уравнении (3.40) регулируемой величиной является скорость выходного вала электродвигателя, то (3.40) запишется в виде:

     ,  (3.41) 

где ;  ;

Выражение (3.41) является математической моделью электродвигателя.

Передаточная функция электродвигателя имеет вид

;  (3.42) 

Динамическая  характеристика показана на рис 3.16

Рис 3.16. Динамическая характеристика электродвигателя (частота вращения вала электродвигателя) 

     Механические  характеристики двигателя в зависимости  от скольжения показаны на рис 3.17

     

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

     Рис. 3.17. Механические характеристики двигателя в зависимости от скольжения 
 

Коробка скоростей

     Рассмотрим  коробку скоростей как динамическую систему, задачей которой является передача крутящего момента от электродвигателя на обрабатываемый вал, закрепленный на шпинделе с определенной угловой  скоростью ω.

     Для удобства получения математической модели коробки скоростей воспользуемся  зависимостью:

                   (3.43),

     где N_дв – мощность на валу электродвигателя, N_Pz – мощность на обрабатываемом валу, – коэффициент полезного действия коробки скоростей, который зависит от передачи включенного в данный момент, он равен:

           (i, j, k = 1,2,3…n),

     здесь - коэффициенты полезного действия пар подшипников, зубчатых зацеплений и ременной передачи.

Для станка 1К 62 при частоте вращения шпинделя 630 об/ мин