Выбор структуры и параметров элементов системы управления тиристорного электропривода постоянного тока - Курсовая работа

6.2 Расчет требуемого коэффициента усиления регулятора Расчет переходных процессов по управляющему и возмущающему воздействиям «в малом» в регулируемом электроприводе 8.1 Расчет переходного процесса по заданиюНоминальные данные двигателя типа ПБВ160М приведены в таблице 1. Таблица 1 - Номинальные данные рассчитываемого двигателя Наименование параметра Значение параметра Номинальная скорость, об/мин 500 Максимальная скорость, об/мин 1000Трансформатор выбирается по полной мощности и ЭДС вторичной обмотки. коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие тиристоров; коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения на обмотках трансформатора и силовых вентилях; коэффициент использования, учитывающий допустимый предел превышения напряжения двигателя в режиме ускоренного перемещения рабочего органа, считается по формуле: где: - максимальная скорость вращения, об/мин; Трансформатор выбирается из условий: Исходя из данных, полученных в результате расчета, выбираем трансформатор типа ТС3-10, имеющего номинальные данные, приведенные в таблице 2.Тиристоры выбираются по среднему значению токов через вентиль и допустимому обратному напряжению, с проверкой на перегрузочную способность динамических режимов. =0,35 - коэффициент охлаждения, учитывающий изменение характеристик вентиля при его нагреве. Максимальная допустимая нагрузка возникает во время пуска, поэтому рассчитываем защитный коэффициент исходя из времени пуска. Защитный показатель рассчитывается по формуле: (11) где: - время пуска: где: - суммарный момент инерции двигателя и механизма, рассчитывается по формуле (7).Они состоят из аналоговых или цифровых регуляторов, изменяющих с необходимой точностью по заданному закону основную и промежуточные координаты привода и ограничивающих допустимые значения промежуточных координат до допустимых, а также из логических устройств, служащих для управления режимами электропривода, сигнализации и защиты. Составляя обзор существующих структур систем управления приводов, можно отметить, что преимущественное распространение получили системы управления, построенные на принципах подчиненного регулирования координат с последовательной коррекцией (примеры - привода серий ЭТ6, ЭТУ 3601). СУЭП с подчиненным регулированием координат имеет следующие особенности:-для каждой регулируемой координаты (тока, скорости и положения) образован свой замкнутый контур регулирования, содержащий объект регулирования с передаточной функцией и специальный регулятор , обеспечивающий нужное качество регулирования данной координаты; на входе каждого регулятора сравнивается задание и действительного значения регулируемой координаты, а выходной сигнал регулятора служит задающий сигнал для последующего (внутреннего) контура; требуемое качество регулирования обеспечивается в каждом контуре отдельно, при этом в каждый введенный - контур, кроме исходного объекта регулирования , входит и внутренний замкнутый контур с передаточной функцией ;Для того, чтобы исследовать автоматическую систему управления, и в частности систему управления электропривода, необходимо располагать ее математическим описанием, то есть системой дифференциальных уравнений, характеризующих зависимости координат системы от внешних воздействий и друг от друга. В частном случае, когда производные по времени от координат равны нулю, эти уравнения обращаются в алгебраические, описывающие статический режим работы системы. Если при анализе системы регулирования требуется выявить зависимость выходной (основной) координаты от одного внешнего воздействия, удобно пользоваться передаточной функцией системы или элемента системы.Так как необходимо регулировать скорость в диапазоне D=100 и поддерживать М =const, то выбираем систему управления построенную по принципу подчиненного регулирования координат с последовательной коррекцией и совместным управлением группами тиристоров, структурная схема которого приведена на рисунке 7. Рисунок 4 - Структурная схема электропривода с подчиненным регулированием тока и скорости Обозначения, принятые на схеме: РС - регулятор скорости;Значение скорости должно быть пропорционально значению входного аналогового сигнала; направление вращения должно определяться полярностью входного сигнала.Для контура тока без учета влияния ЭДС двигателя используется пропорционально-интегральный тип регулятора. После введения регулятора передаточная функция разомкнутого контура регулирования имеет вид: Тогда с помощью регулятора тока (РТ ) компенсируем электромагнитную постоянную времени якорной цепи : Отсюда следует, передаточная функция регулятора тока имеет вид: Передаточная функция регулятора тока соответствует структуре пропорционально-интегральному типу регулятора (ПИ-регулятор). Передаточная функция замкнутого контура имеет вид: Если привести передаточную функцию замкнутого контура к типовому виду, то получим колебательное звено с передаточной функцией: , (7.6) где: . При учете влияния обратной связи по противо-ЭДС двигателя на регулирование тока якоря следует знать, что оптимизи

Содержание

Введение

1. Выбор технологической установки и описание технологического процесса, роль автоматизированного электропривода в технологическом процессе. Требования, предъявляемые к электроприводу технологической установки

2. Выбор конструктивных элементов силового канала электропривода и расчет их основных параметров

2.1 Номинальные данные двигателя типа ПБВ160М

2.2 Выбор и расчет трансформатора

2.3 Расчет и выбор тиристоров

2.4 Расчет параметров силовой цепи

3. Выбор структуры системы управления электропривода. Обзор структур современных СУЭП постоянного тока. Выбор оптимального варианта системы управления тиристорного электропривода постоянного тока для выбранного производственного механизма

4. Разработка математической модели силового канала электропривода как объекта управления и расчет основных параметров элементов

5. Разработка структурной схемы замкнутой системы регулирования скорости

6. Анализ статического режима работы разомкнутой электромеханической системы электропривода

Введение

Способ получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах, на всех этапах истории человеческого общества оказывал на развития производственных сил решающее влияние. Создания новых, более совершенных двигателей, переход к новым видам приводов рабочих машин являлись крупными историческими вехами на пути развития машинного производства. Замена двигателей, реализующих энергию падающей воды, паровой машиной, послужила мощным толчком к развитию производства в прошлом веке - веке пара. XX в. получил название века электричества в первую очередь потому, что основным источником механической энергии стал более совершенный электрический двигатель и основным видом привода рабочих машин является электрический привод.

Индивидуальный автоматизированный электропривод (индивидуальным электроприводом называют электропривод, при котором исполнительный механизм машины приводится в движение отдельным электрическим двигателем или несколькими двигателями) в настоящее время получил широкое применение во всех сферах жизни и деятельности общества от сферы промышленного производства до сферы быта. Широта применения определяется исключительно большой диапазон мощности электроприводов (от долей ватта до десятков тысяч киловатт) и значительное разнообразие их использования. Уникальные по производительности промышленные установки - прокатные станы в металлургической промышленности, шахтные подъемные машины и экскаваторы в горнодобывающей промышленности, мощные строительные и монтажные краны, протяжные высокоскоростные конвейерные установки, мощные металлорежущие станки и многие другие - оборудуются электрическими приводами, мощность которых составляет сотни и тысячи киловатт. Значительные резервы повышения производительности труда во всех отраслях народного хозяйства реализуются путем комплексной механизации и автоматизации технологических процессов. Индивидуальный электропривод является основным исполнительным энергетическим элементом электромеханических систем комплексной механизации и автоматизации. Среди проблем, стоящих перед народным хозяйством страны, задачи комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, повышения качества, надежности, экономичности и производительности машин занимают важное место.

Первой особенностью развития электропривода на данном этапе является расширение области применения регулировочного электропривода, главным образом, за счет количественного и качественного роста регулируемых электроприводов переменного тока. Достигнутые в последние годы успехи в совершенствовании тиристорных и транзисторных преобразователей частоты дают основание предполагать, что в ближайшей перспективе развитие регулируемых электроприводов переменного тока, использующие двигатели более простой конструкции с меньшей металлоемкостью, приведет к интенсивному вытеснению управляемых электроприводов постоянного тока, которые на сегодняшний день имеют преимущественное применение.

Второй особенностью развития современного электропривода является интенсивное повышение технологических требований к динамическим и точностным показателям электропривода, расширение и усложнение его функции, связанных с управлением технологическими процессами, и соответствующее возрастание сложности систем управление электроприводами. Их развитие идет по пути создания систем с числовым программным управлением и расширением использования современной вычислительной техники, создаваемой непосредственно для целей управления на базе микропроцессоров. Необходимость применения аналоговых или микропроцессорных систем управления определяется конкретными технологическими требованиями к электроприводам. На данном этапе развития правильное определение задач, которые наиболее эффективно решаются с помощью микропроцессорного управления, весьма важно.

В качестве третьей особенности данного этапа развития следует указать стремление к унификации элементной базы электропривода, созданию унифицированных комплексных электроприводов путем использования современной микроэлектроники и блочно- модульного принципа. На этой основе уже созданы серии комплексных тиристорных электроприводов постоянного тока, обладающих показателями удовлетворяющими требованиям широкого круга механизмов. Идет процесс дальнейшего развития и совершенствования ших электроприводов, причем на этих принципах создаются и системы частотного управления электроприводами переменного тока.

Выше уже была отмечена общая тенденция к упрощению кинематических цепей машин и механизмов обусловленная развитием регулируемого индивидуального электропривода. Одним из проявлений этой тенденции является стремление в машиностроении к использованию безредукторного электропривода. Несмотря на повышенные массу габариты двигателя, применение безредукторных электроприводов по сравнению с редукторными оправдывается их большей надежностью и быстродействием. Интересной реализацией рассмотренной тенденции является развитие электроприводов с линейными двигателями, которые позволяют исключить не только редуктор, но и устройства преобразующие вращательное движение роторов двигателей в поступательное движение рабочих органов машин. Электропривод с линейным двигателем является органической частью общей конструкции машины, предельно упрощает кинематику и создает максимальные удобства для оптимального конструирования машин с поступательным движением рабочих органов.

Электрический привод является крупнейшим потребителем электрической энергии: из всего огромного объема электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране, более половины преобразуется в механическую энергию, необходимую для работы машин и механизмов во всех отраслях народного хозяйства и в быту. В связи с этим энергетические показатели как уникальных, так и массовых электроприводов малой и средней мощности имеют важнейшее народнохозяйственное значение и в решении экономических проблем, стоящих перед нашей страной, вопрос рационального, экономичного расходования электроэнергии требует большого внимания. Соответственно в развитии электропривода особенно острой является проблема рационального с точки зрения энергопотребления проектирования электроприводов. Эта проблема требует разработки мероприятий, направленных на повышение коэффициента полезного действия электроприводов, с одной стороны, и на организацию управления работой машин, исключающую или минимизирующую непроизводительное потребления электроэнергии их электроприводами - с другой.

1. Выбор технологической установки и описание технологического процесса. Роль автоматизированного электропривода в технологическом процессе. Требования, предъявляемые к электроприводу технологической установки

В качестве технологической установки в данном курсовом проекте выбран токарный станок.

Относительные движения заготовки и режущего инструмента, в результате которых осуществляется процесс резания, называются основными. Основные движения разделяются на главное, при котором инструмент производит резание металла, и движение подачи, которое обусловливает перемещение инструмента или обрабатываемой заготовки для снятия нового слоя металла. В станках токарной группы главным движением является вращение заготовки, а движением подачи является перемещение инструмента относительно заготовки.

Кроме основных движений в станках имеются вспомогательные движения, непосредственно не участвующие в процессе резания, но способствующие ему или выполняющие вспомогательные операции, обеспечивающие работу станка.

Резание металлов большинством исследований в основном определяется как процесс последовательного сдвига элементов стружки, сопровождаемый пластическим сжатием, изгибом или вязким трением металла. При этом резание металлов сопровождается деформацией, температурными изменениями и действием сил трения в самой стружке, на режущем инструменте и на поверхности обрабатываемой заготовки. На все эти явления весьма существенное влияние оказывают скорость и сила резания. При увеличении размеров срезаемого слоя металла силы, действующие в процессе резания, возрастут. Возрастут и соответствующие им работа резания и температура. При этом производительность оборудования в единицу времени увеличится.

Для преодоления давления стружки и обрабатываемой поверхности заготовки на резец необходимо приложить к нему определенную силу.

В механизмах главного движения металлорежущих станков процесс резания обеспечивается усилием резания. Оно зависит от режимов резания (глубины, оборотной подачи, скорости резания), материала обрабатываемого изделия и свойств инструмента. Точение заготовки (рисунок 2) осуществляется на токарных станках в результате вращения обрабатываемого изделия 1 (главное движение) и перемещения резца 2 (движения подач) по осям.

Подача определяется перемещением резца, приходящимся на один оборот изделия. Глубина резания представляет собой разность радиусов обрабатываемой и обработанной поверхностей. Быстрое перемещение суппорта, зажим и отжатие обрабатываемого изделия, перемещения люнета, задней бабки и другие движения относятся к вспомогательным.

В процессе обработки происходит износ инструмента. При достижении оптимального износа инструмент перетачивают. При снятии стружки резцом возникает усилие, приложенное к режущей кромке инструмента. автоматизированный электропривод силовой трансформатор

Рисунок 1 - Обработка заготовки на токарном станке

К современным металлорежущим станкам предъявляются следующие основные требования: - возможно большая производительность при соблюдении достаточной точности формы и размеров, а также чистоты обрабатываемой поверхности;

- простота и легкость обслуживания;

- сравнительно низкая первоначальная стоимость;

- возможно малый вес и габариты;

- простота изготовления и сборки отдельных узлов станка.

Автоматизация управления электроприводом весьма эффективно решает задачи комплексной автоматизации в виде автоматических линий станков, отдельных цехов и даже заводов. Развитие электропривода сейчас идет по весьма эффективному пути - внедрению преобразовательных устройств с полупроводниковыми управляемыми вентилями-тиристорами. Тиристорные преобразователи позволяют создавать высокоэкономичные регулируемые электроприводы постоянного тока.

Развитие элементной базы силовых статических преобразователей (в том числе на транзисторах) позволило использовать на станках регулируемые электроприводы переменного тока на основе асинхронных и вентильных двигателей.

Задача системы управления (система низшего уровня) - формировать характеристики самого привода, обеспечивая требуемый темп разгона, торможения двигателя, ограничивая ток, момент на допустимом уровне.

Электропривод осуществляет не только преобразование электрической энергии в механическую, необходимую для совершения полезной работы, но и управление рабочим процессом приводимого в движение механизма.

Технологические требования определяют необходимость на отдельных этапах работы задавать и с требуемой точностью поддерживать на заданном уровне те или иные механические переменные (скорость, ускорение, момент двигателя, нагрузку и т.д.), принудительно изменять эти переменные в процессе управления технологическим процессом, ограничивать переменные уровнем, допустимым по условиям технологии или прочности механического оборудования, а также по нагреву и перегрузочной способности двигателя.

К современным электроприводам станков предъявляются следующие основные требования: - простота управления и обслуживания;

- возможно большая производительность, а также качество изготавливаемой продукции при соблюдении требований технологического процесса;

- небольшие габариты и вес;

- сравнительно низкая первоначальная стоимость и невысокие эксплуатационные расходы.

К приводам пода станков (суппорта токарного станка) предъявляются следующие требования: - минимальные габариты электродвигателя при высоком вращающем моменте;

- высокая максимальная скорость;

- значительная перегрузочная способность привода в режимах кратковременной и повторно-кратковременной нагрузки;

- высокая стабильность характеристик и в первую очередь усилителя и тахогенератора;

- высокое быстродействие при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения;

- высокое быстродействие при набросе и сбросе нагрузки и при реверсе под нагрузкой на самых малых частотах вращения;

-высокая равномерность движения при различной нагрузке на всех скоростях вплоть до самых малых;

- высокая надежность и ремонтопригодность;

- удобство конструктивной установки двигателя на станке и встройки статических преобразователей в шкафы и ниши станков;

- малые габариты и расход активных материалов;

- небольшой расход дефицитных материалов;

- простота наладки, ремонта и эксплуатации;

- высокая унификация узлов и отдельных элементов;

- высокая экономичность и малая стоимость.

Для приводов главного движения наиболее рациональным является способ регулирования скорости с постоянной мощностью, так как большим скоростям резания соответствуют меньшие усилия резания, а меньшим скоростям - большие усилия. В приводах главного движения используют двухзонного регулирования.

В высокоавтоматизированных станках с ЧПУ функции, выполняемые электроприводом главного движения, значительно усложнены. Помимо основных задач по стабилизации частоты вращения при силовых режимах резания с обеспечением необходимых энергетических характеристик, электропривод должен обеспечивать режимы позиционирования шпинделя при автоматической смене инструмента, а также режимы нарезания резьбы как метчиками, так и резцами.

В зависимости от задач управления электродвигателем может осуществляться: - поддержание заданного уровня переменной электропривода;

- изменение переменной по требуемому закону;

- ограничение переменной допустимым значением;

- отработка произвольных законов, задаваемых на входе системы.

Для выбранного электропривода наиболее рационально, в данном случае, будет применить однополупериодную шестипульсную схему с нулевой точкой трансформатора, показанную на рисунке 2.

Рисунок 2 - Однополупериодная шестипульсная схема с нулевой точкой трансформатора