Расчёт и выбор силовых элементов

1.1 Выбор электродвигателя

Мощности рабочего и обратного ходов станка в установившихся режимах определяются по формуле:

Мощность рабочего хода: кВт

Мощность обратного хода:

, кВт;

где:

При рабочем ходе

При обратном ходе

где: a,b - коэффициенты постоянных и переменных потерь в механизме станка;

К_З – коэффициент загрузки станка.

Значения a и b определяются по формуле:

,

при условии, что соотношение постоянных и переменных потерь в станке при номинальной нагрузке a / b = 1.5

Рассчитаем параметры a и b:

Рассчитаем коэффициент загрузки станка:

Рассчитаем КПД при обратном ходе:

Рассчитаем эквивалентную мощность за цикл работы станка:

,кВт

где: и - время рабочего и обратного ходов на скоростях V_РХ и V_ОХ.

, с

,с

, с

,с

, кВт

Предварительный выбор приводного электродвигателя осуществляется по условию по условию:

P_ДН ≥ К_З·Р_Э,

где: К_ЗП – коэффициент запаса, учитывающий переходные процессы

К_ЗП= 1,5 при однозонном управлении двигателем

P_ДН = 1,5·28,08=42,12 кВт

P_ДН ≥ 42,12

Для ЭП продольно – строгальных станков желательно применять низкооборотные двигатели, что обусловлено частым реверсом скорости. Так же желательно использовать принудительную вентиляцию.

В соответствии с условием P_ДН ≥ 42,12 выберем электродвигатель:

ПФ180М

Таблица 1. Технические данные электродвигателя:

Тип двигателя	Мощность РН, кВт	Частота вращения nН/nmax, об/мин	Ток якоря IЯН, А	КПД η, %	Сопротивление обмоток якорной цепи RД, Ом	Сопротивление обмоток возбуждения RВ, Ом	Номинальный поток возбуждения ФН×10 – 2,Вб	Число витков обмотки возбуждения wВП	Момент инерции JД, кгм2
4ПФ180М		1060/3800	115,6		0,0810	35,8	2,5		3,1

Примечание: Номинальное якорное напряжение двигателей U_ЯН=440 В. Номинальное напряжения возбуждения U_ВН=220 В. Число главных полюсов 2Р_П=4.

Для выбранного двигателя производится перерасчёт номинальной и максимальной частот вращения в соответствующие угловые скорости по формуле:

,

Перерасчёт активных сопротивлений якорной цепи двигателя Rтя и цепи возбуждения Rтв в нагретом состоянии производится по формуле:

Ом

где – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки в нагретом состоянии (двигатели серии 2П, 4П рассчитываются на нагрев Туст=150°С, где Кт≈1,25)

Rтя=1,25*Rя; Ом

Rтя=1,25*0,810=0,101 Ом

Построим скоростную V(t) и нагрузочную M(t) диаграммы для технологического цикла работы станка. Скорости входа Vвх резца в изделие и выхода Vвых. из него считаем одинаковыми. Установившиеся скорости рабочего и обратного хода составляют V_РХ и V_ОХ. Значения моментов двигателя переходных режимов равны . Значения М_П=(1,25-1,5) М_Н с учетом допустимой перегрузки двигателя по току.

Время каждого переходного процесса определяется по формуле:

,

где: - приведенный к валу двигателя момент инерции всех реверсируемых частей, включая стол и изделие;

- перепад скоростей на данном участке;

- приведенный момент сопротивления, соответствующий данному режиму;

В режиме разгона М_П положительный, а в режимах замедления – отрицательный.

Перегрузка по току для машин серии 2ПФ – 4ПФ допустима в 1,5…2 раза. Для расчета перегрузку по току возьмем 1,5 раза.

405,77∙1,5 = 608,65

где: ,V_i - соответственно , при рабочем ходе и , - при обратном ходе;

- КПД механизма станка при данном режиме.

(для одного двигателя)

Переведем скорости из (м/мин) в (м/с), делением на 60:

Vpx = 35/60 = 0.58 м/с

Vox = 50/60 = 0.833 м/с

Vвх = 10/60 = 0.17 м/с

Рассчитаем время каждого переходного процесса:

Эквивалентный момент на валу двигателя за цикл работы станка:

М_Н=451

М_Н ≈ М_Э , следовательно выбранный двигатель верен.

Таблица 2: таблица для построения диаграммы М,V(t)

t1	0.31	Mп	608.66	Vвх
t2	0.43	Мвх	108.4	Vвх	0.17
t3	2.5	Мп	608.66	Vрх	0.58
t4	5.8	Мрх	454.4	Vвых	0.17
t5	0.51	Мп	-608.66	Vвых	-0.17
t6	1.57	Мп	608.66	Vвых
t7	4.31	Мох	108.4	Vох	-0.833
t8	1.09	Мп	-608.66	Vох

Рис. 1. Типовые скоростная V(t) и нагрузочная M(t) диаграммы для технологического цикла работы станка

Индуктивность цепи якоря двигателя приблизительно может быть рассчитана по формуле Линвилля – Уманского:

; ;

где: – номинальная угловая скорость двигателя, рад/с

– число пар полюсов;

– коэффициент компенсации (при наличии компенсационной обмотки равен – 0,25......0,3, серии 2П, 4П, ПГТ).

– номинальный ток якоря, А.

1.2 Выбор тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь выбирается исходя из условий:

· U ≥U

· I ≥I

по таблице П3.4 выбираем тиристорный преобразователь: КТЭ 200/440

Таблица 3. Технические данные тиристорного преобразователя

Тип преобразователя	Напряжение UТПН, В	Ток номинальный IТПН, А	Ток максимальный IMAX, А	КПД η, %
КТЭ 200/440

Примечание:

1 Уравнение характеристики СУТП: α=90^° – (90^°/10)U_У.\

2. Максимальный ток I_MAX – ток, при котором допускается работа агрегата в повторно – кратковременном режиме в течение 15 с со времени цикла 10 мин. при условии, что среднеквадратичное значение тока не превышает номинального значения.

3. Управление реверсивным тиристорным агрегатом – раздельное.

4. Силовая часть преобразователя построена по трёхфазной мостовой схеме выпрямления.

5 Агрегаты с номинальным напряжением 440 В предназначены для непосредственного подключения к сети с линейным напряжением 380 В.

Для дальнейших расчётов необходимо определить индуктивность L_ТП и активное сопротивление R_ТП силовой цепи преобразователя.

Исходя из условий Uторн ≥ Uян ; Iторн ≥ Iян по таблице П3.8 выбираем токоограничивающий реактор: РТСТ-100-0,505УЗ

Таблица 4. Технические данные токоограничивающего реактора:

Тип реактора	Напряжение сети UЛ, В	Ток IН, А	Индуктивность L, мГн	Активное сопротивление Rтор, Ом
РТСТ – 100 – 0,505УЗ			0,5	0,03170

где La- индуктивность анодной цепи тиристора;

m- число пульсаций ТП (для мостовой схемы m=6)

f-частота питающей сети (50 Гц)

1.3 Выбор сглаживающего дросселя

При работе тиристорного преобразователя на якорь двигателя в ряде случаев необхо­дим сглаживающий дроссель.

При выборе дросселя по току справедливо условие: I >

Индуктивность дросселя: L =L - ( L + L )

L - полная индуктивность якорной цепи

L - индуктивность тиристорного преобразователя

L - индуктивность двигателя

Требуемое значение L , рассчитывается по условию ограничения пуль­саций тока до допустимого для машины уровня:

L =

где,

е - относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения (для широко регулируемых ЭП е =0,22….0,24).

Выберу е =0,23

Е - максимально выпрямленная ЭДС ТП

i - относительная величина пульсации тока якоря i = 0,07 (т.к. рассматривается двигатель серии 4ПФ)

w - угловая частота пульсаций

w = 2·p·f·m;

w = 2·3,14·50·6=1885 с

В

В

Гн

Значение Lяц, найденное по условию сглаживания пульсаций, следует проверить по условию ограничения прерывистых токов.

; где

минимальный рабочий ток двигателя, соответствующий моменту сопротивления Мсmin

_, А

; А

Гранично-непрервный ток Iя.гр. растет с увеличением угла управления тиристорами α, поэтому его следует определить по формуле:

, А

где - максимальный угол открытия тиристоров ( регулирования);

;

минимальная выпрямленная ЭДС ТП

Поскольку с увеличением угла регулирования, пульсации растут, то для поддержания в системе постоянной скорости следует определять минимальное значение скорости электропривода.

Rяц – полное сопротивление якорной цепи преобразователь – двигатель:

R_яц=R_тя+R_тп+R_др, Ом

где: Rдр – приближенное значение сопротивления дросселя

_, Ом

∆U_др=0,01U_ян

∆U_др=0,01∙440=4,4 В

R_яц=0,101+0,213+0,038=0,352 Ом

Е_тпmin=3,9∙22,18+115,6∙0,352=127,2

Iя.с.min ≥ Iя.гр. 23,12 А ≥ 19,12 А – удовлетворяет условию непрерывного тока ТП.

=>Lдр._ориент=Lяц-(Lтп+Lд)

Lдр._ориент=

Из таблицы П3.9 выбираем сглаживающий дроссель исходя из условий:

· Iдр.н. ≥ Iя.н;

· Lдр.табл. ≥ Lдр.ориент

Таблица № 5 Технические данные сглаживающего дросселя:

Тип дросселя	Ток, Iдр.н.А	Индуктивность Lдр, мГн	Индуктивность Lдр∑, мГн
ДФ-7	150 А	1,10	2,20

После выбора сглаживающего дросселя уточним полную индуктивность якорной цепи ТП – Д:

Lя.ц.=Lдр.табл+Lд+Lтп

Lя.ц.уточнен.=2,20+4,46+1=7,66

1.4 Определение коэффициентов передачи и постоянных времени силовых элементов

Расчитаем коэффициенты передачи и постоянные времени системы.

Коэфициент передачи двигателя при управлении напряжением якоря:

Коэффициент передачи двигателя по возмущению-изменению Мс:

Определим постоянные времени системы:

Электромеханическая постоянная времени цепи преобразователь – двигатель:

Электромагнитная постоянная времени привода:

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя (ТП):

; В

Верхнее напряжение управления:

Нижнее напряжение управления:

Рис2: характеристика управления ТП.