Привод суппорта металлорежущего станка

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования 

«Санкт-Петербургский  государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)»

 

Кафедра РАПС

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к  курсовому проекту по дисциплине

«Системы управления электроприводов» на тему

“ПРИВОД СУППОРТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА ”

 

Вариант№5

 

 

 

 

 

Факультет: ЭА Группа 9404 Попов И.В. Преподаватель Прокопов А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013 г.

 

1. Расчеты по выбору электродвигателя и ПЧ

1. Расчет механической части электропривода

 

Расчет механической части  привода заключается в определении  передаточного числа редуктора  и требуемой мощности на валу привода. Для асинхронных электродвигателей  регулирование производится вниз от номинальной синхронной скорости, поскольку разгон выше этой скорости требует проверки механической прочности ротора электродвигателя. При частоте сети 50 Гц номинальные синхронные скорости асинхронных двигателей приведены в таблице 1.1.1.

Таблица 1.1.1

Число пар полюсов статора	1	2	3	4	5	6
Синхронная скорость (об/мин)	3000	1500	1000	750	600	500

Для механизмов, имеющих  редуктор, его передаточное число  определяется как отношение скорости вращения ведущего вала (вала двигателя) к скорости вращения ведомого вала (вала механизма) . 

Для механизмов с поступательным движением скорость вращения ведомого вала

определяется по заданной максимальной скорости поступательного  движения.

 

 

Примем .

Определим передаточное число

 

Выберем наименьшее ближайшее  из стандартных значениях передаточных  чисел, возьмем 

Стандартные значения передаточных чисел и закрытых зубчатых передач

1-й ряд     1,0   1,25   1,6      2,0  2,5   3,15    4,0    5,0    6,3    8,0    10,0

2-й ряд      —     1,4   1,8     2,24  2,8   3,55    4,5    5,6    7,1    9,0     —

Для механизмов, обеспечивающих механическое перемещение элементов  оборудования, изделий или материалов необходимо рассчитать статические  моменты транспортных усилий, моменты  сил сопротивления на направляющих и в подшипниках, привести их к  валу двигателя и сложить с  учетом направления движения и действия сил.

Статический момент при вращении цапфы в подшипнике качения определяется по формуле, Н,

 

 

 

Где P_п,в – сила прижатия цапфы к подшипнику, винта к гайке, Н; – диаметр цапфы подшипника, мм; коэффициент трения подшипников; диаметр винта, мм; коэффициент трения винта о стальную гайку.

F+m_в g+F_тр=200=1069,8 Н.

= F+ F_тр=694,3 Н.

F_тр= m_c g

m_c – масса суппорта, кг; m_в – масса ходового винта, кг, g=9,81 – ускорение свободного падения ; F_тр- сила трения суппорта о станину, H;- коэффициент трения стали по стали.

Ходовой винт представляет собой цилиндр из стали, диаметром 50 мм. и длиной 2,5 м. (рис. )

Рис.

 

 

 

l = 2,5 м – длина подающего валка.

 

 

 

 

 

 

Приведем статические  моменты. Статический момент на валу двигателя от статического тормозящего  момента  на валу механизмов определяется по формуле

 

Где – кпд редуктора. [1]

Определим динамический момент:

 

 

 

 

 

 

 – диаметр ходового винта

Приведем динамический момент к валу двигателя:

 – динамический  момент приведенный  к валу  двигателя

 

где =0,99 – кпд редуктора.

Момент на валу двигателя:

 

 

 

2. Выбор электродвигателя

 

Для механизмов перемещения  мощность на валу двигателя определяется

 

где – суммарный статический момент механизма, приведенный к валу двигателя с учетом к.п.д. передач; – номинальная скорость двигателя.

 

Выбираем двигатель 4A71B4Y3 0,75 кВт табл. 1.2.1.

Табл.1.2.1

Тип	Рн, кВт	nн об/мин	ηн, %	cosφн	Mmax/Mн	Mп/Mн	Mmin/Mн	Iп/Iн	Jд, кгм2
4A71B4Y3	0,75	1500	72,2	0,73	2,2	2,0	1,8	4,5	0,0014

 

В таблице 2.2.1 приняты следующие  обозначения: Р_н ,I_н, М_н,n_н,  η_н,  cosφ_н - соответственно номинальные мощность, ток, момент, частота вращения, КПД и коэффициент мощности; М_max, М_п, M_min - максимальный (критический), пусковой и минимальный моменты АД; I_п - пусковой ток; J_д - момент инерции двигателя.

 

Уточнение выбора двигателя:

 

 

 

3. Выбор преобразователя частоты

Расчет мощности, потребляемой электродвигателем от ПЧ при вращении механизма.

 

где – к.п.д. электродвигателя в %.

Номинальный ток, потребляемый электродвигателем определяется.

 

Где [В] – номинальное линейное напряжение электродвигателя,

– номинальная  мощность электродвигателя,

  – номинальный  к.п.д. электродвигателя в %,

 – номинальный  коэффициент мощности электродвигателя.

Электродвигатели общепромышленной серии 4А при одном габарите и  одной мощности выпускаются на линейное напряжение 660, 380 и 220 В. Рекомендуется брать двигатель с линейным напряжением 380 В. Выбирается ближайший преобразователь частоты, который имеет номинальный ток I_нпч не ниже требуемого для двигателя и напряжение на выходе U_нпч соответствующее номинальному напряжению электродвигателя U_лндв.

Для питания двигателя  выбираем ПЧ фирмы VACON NXP табл.

.1.3.1

 

 

Табл.1.3.1

Тип привода	Перегрузочная способность					Мощность на валу двигателя		Типо- размер	Габариты Ш*В*Г (мм)
	Низкая (+40°C)		Высокая (+50°C)		Макс. ток IS	Ceть 400 B
	Номинальный длительный ток I L (A)	10% ток перегрузки (A)	Номинальный длительный ток I H (A)	50% ток перегрузки (A)		10% перегр. P (кВт)	50% перегр. P (кВт)
NXP 0003 2A2H1SSS	3,7	4,1	2,4	3,6	4,8	0,55	0,37	FR4	128*292*190

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Построение системы управления электроприводом

1. Подключение датчиков технологического параметра

 

Многооборотный потенциометр для измерения расстояния для перемещения механизма

2.2. Выбор режима управления электроприводом

 

Выбор режима управления приводом в прикладной программе «ПИД регулирование» определяется дискретным входом DIN6. Если на этом входе 0 В, то  управление частотой ПЧ выполняется от программно реализованного в ПЧ ПИД регулятора (режим автоматического  управления, пост А), если на входе +24 В, то выполняется непосредственное задание  частоты ПЧ (режим ручного управления, пост В). Функцию (назначение) входа DIN6 в данной программе изменить нельзя.

2.3. Управление в режиме автоматического управления

 

В режиме автоматического  управления (пост А) частота ПЧ определяется ПИД регулятором по значению задания  технологического параметра или  координаты движения, текущего состояния  параметра или координаты и настройки  регулятора. Установка задания технологического параметра в моём случае задаётся с поста управления при помощи потенциометра.

  Фактическое значение регулируемого параметра (сигнал обратной связи) поступает с аналогового входа (к которому подключен датчик натяжения).

 

3. Расчет параметров электропривода для настройки системы управления

 

Скорость приведенная  к валу двигателя выразим из следующих  формул:

 

 

Выразим из второй формулы  и подставим в первую. Получим:

 

Выразим

 

Из этой формулы и формул:

 

 

 скорость вращения  магнитного поля статора.

Выразим частоту ПЧ. Получим:

 

 

Частота максимальной скорости подачи резца

 

 

Определим номинальный момент двигателя:

 

 

Время разгона и торможения:

 

 

 

4. Структурную схему системы управления

 

Структурная схема изображена на рис.5.1

Рис.5.1

Где

 [рад/с] - номинальная скорость ротора двигателя в рад/с, = [рад/с] – номинальная скорость поля статора двигателя (синхронная скорость), [рад/с] – текущая скорость поля статора двигателя (синхронная скорость при частотном регулировании от ПЧ), [рад/с] – текущая скорость ротора двигателя,  – приведенный к валу двигателя момент инерции механической части привода, р – оператор преобразования по Лапласу

 – число  пар полюсов электродвигателя,

Структурная схема с подставленными значениями представлена на рис.5.1

 

 

Рис.5.1

 

 

Исключим ОС из механической части привода (рис.5.2)

 

Рис.5.2

 

ПФ разомкнутой системы:

 

где- неизменяемая часть,

 

Будем использовать ПИ-регулятор  и настройку на симметричный оптимум.

 

ПФ желаемой разомкнутой системы при настройке на СО:

 

Приравняем ПФ и выразим :

 

 

 

Пренебрежем малыми коэффициентами при  .

 

Примем  , произведем сокращение подобных и сравним с типовым видом ПИ-регулятора,  получим:

 

 

Структурная схема в Matlab  представлена на рис.5.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.3

 

 

 

7. Настройки параметров ПЧ в соответствии с разработанной принципиальной схемой и требуемыми функциями управления и защиты

 

Табл.7.1Базовые параметры

Код	Параметр	Ед. изм.	Значение/Примечание
Р2.1.6	Номинальное напряжение двигателя	В	380
Р2.1.7	Номинальная частота двигателя	Гц	50
Р2.1.8	Номинальная скорость двигателя	Об/мин	1481
Р2.1.9	Номинальный ток двигателя	А	4,5
Р2.1.10	Cos двигателя		0,73
Р2.1.11	Источник сигнал ПИД-регулятора		4=Потенциометр двигателя
Р2.1.13	Постоянная времени интегрирования	с	15,6
Р2.1.14	Постоянная времени дифференцирования	с	0

 

Табл.7.2.Входные сигналы

Код	Параметр	Ед. изм.	Значение/Примечание
Р2.2.3	DIN5		8=Вперед/Реверс
Р2.2.5	I/O B reference selection		6=Значение с потенциометра двигателя
Р2.2.6	Keypad control reference selection		0 = AI1
Р2.2.7	Fieldbrus control reference selection		0 = AI1
Р2.2.8	Actual value selection		0 = Фактичекое значение 1
Р2.2.16	AI2 signal range		2 = 4—20 мA
Р2.2.23	AI2 Inversion		0 = Без инверсии
Р2.2.25	5	Гц/с	Время управляемого изменения скорости потенциометром двигателя