–PAGE_BREAK–ЗАДАНИЕ
НА ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ (РАБОТУ) СТУДЕНТУ
…………………………Луцкому Александру Михайловичу……………………..
(фамилия, имя, отчество)
1. Тема проекта (работы)……Электропривод и автоматизация главного привода специального…
… вальцетокарного станка модели IK825 Ф2………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..……………… .……………………………………………………………………………………………………………………………………
утверждена приказом по институту от «…..…»………………………….19…….г. №…………………………..
2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)……………2 января 1998 г………..…………..…………..
3. Исходные данные к проекту (работе)………………………………………………………………………………….
… Электродвигатель 2ПН300L, Рн = 110 кВт, Iн= 350 А, Uн= 220 В………………………………………………………………..
… Преобразователь КТЭУ 400/220 — 03222, Рн = 122 кВт, Iн= 500 А, Uн= 220 В …………………………………………….
… Система стабилизации мощности резания (трехконтурная, с внутренними контурами тока и скорости)………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)…………………..
— выбор и проверка электродвигателя, расчет динамических параметров системы электропривода;………………..
— синтез системы автоматического регулирования, анализ работы системы с использованием пакета МАСС;…
— экономическое обоснование внедрения новой системы электропривода;………………………………………………………
— проработка вопросов охраны труда при работе на вальцетокарном калибровочном станке модели IК 825 Ф2.
5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)…………………………………
— кинематическая схема электропривода главного движения вальцетокарного калибровочного станка;……………
— математическая схема системы электропривода, статическая характеристика системы;………………………………..
— цифровая модель системы электропривода для набора в МАССе;…………………………………………………………………
— графики переходных процессов;…………………………………………………………………………………………………………………..
— конструкторские разработки;………………………………………………………………………………………………………………………..
— экономические показатели системы электропривода……………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………….…………………………………………………………..…… …………………………………………………………………………………………………………………………………
6. Консультанты по проекту (работе), с указанием относящихся к ним разделов проекта
Раздел
Консультант
Подпись, дата
Задание выдал
Задание принял
Экономика
Комиссаренко Л.Г.
Охрана труда
Арсенюк С.Ю.
Технический контроль
Зеленов А.Б.
Нормоконтроль
Косицкая С.С.
7. Дата выдачи задания ………10…октября…1997… г………………………..
Руководитель ………………………………………………..
(подпись)
Задание принял к исполнению………………………
(подпись)
продолжение
–PAGE_BREAK–КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
№ п-п
Наименование этапов дипломного
проекта (работы)
Срок выполнения этапов
работы (проекта)
Примечание
1
Расчет скорости и мощности резания
15 октября 1997 г
2
Выбор и проверка электродвигателя
20 октября 1997 г
3
Выбор системы электропитания станка
25 октября 1997 г
4
Расчет динамических параметров системы ЭП
30 октября 1997 г
5
Синтез систем автоматического регулирования
5 ноября 1997 г
6
Анализ работы системы автоматического
регулирования
10 ноября 1997 г
7
Экономическое обоснование внедрения
новой системы электропривода
20 ноября 1997 г
8
Охрана труда
30 ноября 1997 г
Оформление пояснительной записки
29 декабря 1997 г
Студент – дипломник …………………………….
(подпись)
Руководитель проекта …………………………….
(подпись)
–PAGE_BREAK–, (2.1)
где Сv= 340 — эмпирический коэффициент;
Т = 60 мин — стойкость резца;
t= 12 мм — глубина резания;
S= 34 мм/об — продольная подача;
m= 0.2; x = 0.15; y = 0.45— эмпирические коэффициенты;
Kv — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.
Kv = Kmv* Kпv* Kиv , (2.2)
где: Kпv= 1 —коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки — без корки;
Kиv = 0.8 — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, используется резец марки Т14К8;
Kmv— коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала (физико-механические свойства).
, (2.3)
где Кг = 1 — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и материала инструмента;
?В= 1100 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;
nВ= 1.78 — показатель степени, зависящий от обрабатываемого материала и материала инструмента.
Тогда, подставив (2.3) в (2.2), получим:
Kv = 0.52* 1* 0.8 = 0.41, (2.4)
Тогда, с учетом (2.1)—(2.4), получим:
м/мин, (2.5)
Тогда, зная скорость резания V, определим тангенциальную составляющую силы резания Fz:
Fz = 10 * Cp * tx * Sy * Vn * Kp, (2.6)
где Cp = 200— эмпирический коэффициент;
x = 1; y = 0.75; n = 0 — эмпирические коэффициенты.
Кp— поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.
Kp = Kmp * K?p* K?p* Krp * K?p; (2.7)
где K?p, K?p, Krp, K?p— поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания (резец из быстрорежущей стали марки Т14К8);
K?p= 1.15— передний угол в плане ?= 12-15?;
K?p= 1— угол наклона главного лезвия ?= 15?;
Krp = 0.93—радиус при вершине r = 1 мм;
K?p= 1— главный угол в плане ?= 45?;
Kmp — поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.
, (2.8)
где ?В= 1100 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;
n= 0.75 — показатель степени, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.
Тогда, подставив (2.8) в (2.7), получим:
Kp =1.33 * 1.15 * 1 * 0.93 * 1 = 1.425. (2.9)
Подставив (2.1) — (2.5), (2.7) — (2.9) в (2.6), получим:
Fz = 10 * 200* 121* 340.75* 8.66* 1.425= 481670кН. (2.10)
Тогда, зная скорость резания Vи тангенциальную составляющую силы резания Fz, определим требуемую мощность резания (с учетом коэффициента полезного действия системы равного 0.9):
кВт. (2.11)
Поскольку расчет велся для самого тяжелого варианта, то можно выбирать двигатель, который проходит по мощности для этого варианта.
Выбираем двигатель [6]серии 4ПН 400 — 22 МУ3 со следующими параметрами:
? номинальная мощность двигателя Рн = 70 кВт;
? номинальный ток двигателя Iн= 350 А;
? номинальное напряжение питания Uн= 220 В;
? момент инерции двигателя Jдв= 8.25 кг*м2;
? минимальная скорость вращения nmin= 250 об/мин;
? номинальная скорость вращения nн= 750об/мин;
? максимальная скорость вращения nmax= 1500 об/мин;
? пусковая перегрузочная способность ?п= 2;
? номинальный коэффициент полезного действия ?н= 93%.
Произведем проверку выбранного двигателя по нагреву согласно тахограммы и нагрузочной диаграммы, приведенных на Рис. 2.1, где:
? t1= 1 с — время разгона электродвигателя;
? t2= t4= 2 с — время работы электродвигателя на холостом ходу;
? t3= 3000 с — время работы электродвигателя с номинальной нагрузкой;
? t5= 1 с — время торможения электродвигателя;
? I1= 2Iн= 700 А — пусковой ток двигателя
? I2= 0.1Iн= 35 А — ток холостого хода электродвигателя;
? I3 = 0.95Iн= 332 А — номинальный рабочий ток двигателя;
? I4 = 0.1Iн= 35 А — ток холостого хода электродвигателя;
? I5= 1.9Iн= 665 А — тормозной ток электродвигателя.
Тогда:
(2.12)
Поскольку полученный эквивалентный ток меньше номинального тока двигателя, следовательно по нагреву данный двигатель подходит и выбран верно.
Для питания двигателя выбираем комплектный тиристорный преобразователь [2]серии ЭПУ1-2-4347 DУХЛ4 со следующими параметрами:
? Рн = 92 кВт — номинальная мощность преобразователя;
? Uн= 230 В — номинальное выходное напряжение ТП;
? Iн= 400 А — номинальный выходной ток преобразователя.
Для питания тиристорного преобразователя выбираем вводной трансформатор [2]ТСЗП — 160 / 0.743 со следующими параметрами:
? Рн = 143 кВА — номинальная потребляемая мощность трансформатора;
? U1= 380 В — напряжение первичной обмотки трансформатора;
? U2ф= 230 В — напряжение вторичной обмотки трансформатора;
? I2ф= 500 А — ток вторичной обмотки трансформатора;
? ?Рхх = 795 Вт — потери холостого хода в трансформаторе;
? ?Ркз = 2400 Вт — потери при коротком замыкании в трансформаторе;
? Uкз= 4.5% — напряжение короткого замыкания трансформатора;
? Iхх= 5.2% — ток холостого хода трансформатора.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбираем сглаживающий реактор [5]ФРОС — 125 / 0.5 У3 со следующими параметрами:
? Iн= 500 — номинальный ток сглаживающего реактора;
? Lн= 0.75 мГн — номинальная индуктивность сглаживающего реактора;
? Rн= 3 мОм — номинальное сопротивление реактора.
–PAGE_BREAK–Ом (4.10)
Тогда индуктивность фазы трансформатора составит:
Гн (4.11)
Определим индуктивность якоря двигателя по эмпирической формуле:
Гн (4.12)
где p= 2 — число пар полюсов двигателя.
Определим суммарную индуктивность якорной цепи двигателя:
L?= Lср+ 2Lтр+ Lяд= 0.75 + 2 * 0.02892 + 2 = 2.808 мГн(4.13)
Определим суммарное активное сопротивление якорной цепи двигателя:
R?= Rяд+ rср+ a*rд + b*rтр + c*rур+ rк (4.14)
где rср— активное сопротивление сглаживающего реактора;
rд— динамическое сопротивление тиристоров;
rур— активное сопротивление уравнительного реактора;
rк— коммутационное сопротивление;
a = 2, b = 2, c = 1 — коэффициенты, зависящие от схемы
выпрямления напряжения.
Ом (4.15)
Ом (4.16)
rд= 0.45 * 10-3 Ом — по паспортным данным (4.17)
Подставив (4.15) — (4.17) в (4.14), получим:
R?= (21.5 + 0.062 + 2 * 0.45 + 2 * 0.186 + 1 *0.62 + 8.68) * * 10-3 = 31.576 * 10-3 Ом (4.18)
Определим граничный угол отпирания тиристоров:
(4.19)
где Се’— коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС двигателя.
(4.20)
Тогда, подставив (4.20) в (4.19), получим граничный угол отпирания тиристоров равным:
(4.21)
Определим постоянные времени полученной системы.
Электромагнитная постоянная якорной цепи двигателя:
с (4.22)
Электромагнитная постоянная якоря двигателя:
с (4.23)
Электромеханическая постоянная системы:
с (4.24)
где J?= Kj * Jäâ= 2.5 * 8.25 = 20.625 кг*м2 (4.25)
Kj— коэффициент динамичности системы электропривода, показывающий во сколько раз система электропривода инерционней, чем двигатель. Для тяжелых токарных станков 2 ?Kj?3.
Результаты вычислений сведем в таблицу.
Таблица 4.1 — Динамические параметры системы
Наименование
Обозначение
Величина
Электромагнитная постоянная времени системы
Тэ
0.0899 с
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя
Тя
0.093 с
Электромеханическая постоянная времени системы
Тм
0.0606 с
Постоянная времени тиристорного преобразователя
Т?
0.007 с
Суммарное сопротивления якорной цепи электродвигателя
R?
0.031576 Ом
Суммарный момент инерции системы электропривода
J?
20.625 кг*м2
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя
Ктп
67.17
Максимальный угол отпирания тиристоров
?max
81?37’
–PAGE_BREAK– (5.30)
где Кдм — коэффициент датчика скорости.
Зададимся сопротивлением Rосм= 100 кОм. Тогда, согласно уравнения 2 системы (5.30), сопротивление Rзмсоставит:
кОм (5.31)
где Крм — пропорциональная часть регулятора мощности.
Подставив значение Rзм= 4.8 кОм в уравнение 1 системы (5.18), найдем, что сопротивление Rмсоставит:
кОм (5.32)
где Ком — коэффициент обратной связи по мощности, рассчитываемый из условия соответствия максимального задания на мощность максимальной мощности, то есть:
(5.33)
5.4.Расчет статической характеристики системы
Структурная схема проектируемой системы электропривода в статике для расчета статической характеристики приведена на Рис. 5.10.
Запишем уравнение скорости движения электропривода в статике:
(5.34)
где ?—скорость вращения двигателя;
?— скорость холостого хода двигателя:
1/с (5.35)
??с— статическое падение скорости при статическом токе:
1/с (5.36)
Выражение (5.34) раскрыто с применением правил Лопиталя для раскрытии неопределенностей вида .
По полученным расчетным данным построим статическую характеристику системы, приведенную на Рис. 5.11.
5.5. Разработка датчика мощности
В проектируемой системе электропривода необходимо иметь сигнал, пропорциональный мощности резания. Прямым способом измерить мощность резания невозможно. Поэтому ее измеряют косвенно.
Для измерения мощности резания можно использовать сигналы, пропорциональные току двигателя, скорости вращения двигателя, ЭДС двигателя.
В данном случае предлагается использовать сигналы, пропорциональные току и скорости вращения двигателя. После перемножения этих сигналов на выходе получится сигнал, пропорциональный мощности резания. Функциональная схема реализованного датчика мощности приведена на Рис. 5.12.
В состав спроектированного датчика мощности входит интегральная микросхема (ИМС) [16]К525ПС2А, представляющая собой четырехквадрантный аналоговый перемножитель (АП) сигналов и имеет следующие параметры:
? потребляемый ток — не более 6 мА;
? погрешность перемножения — не более ?1%;
? нелинейность перемножения:
? по входу X— не более ?0.8%;
? по входу Y— не более ?0.5%;
? остаточное напряжение:
? по входу X— не более 80 мВ;
? по входу Y— не более 60 мВ;
? входной ток:
? по входу X— не более 4 мкА;
? по входу Y— не более 6 мкА;
? полоса преобразования по входам — не менее 0.7 МГц;
? выходное напряжение — не более ?10.5 В.
Стабилитрон во входной цепи операционного усилителя рассчитаем из следующих соображений. Напряжение срабатывания стабилитрона должно соответствовать достижению мощностью резания уровня стабилизации. Этому уровню будут соответствовать статический ток двигателя Iс= 333 А и скорость вращения двигателя ?н= 78.54 1/с. Поскольку датчик тока рассчитан на пусковой ток, то в номинальном режиме его выходное напряжение составит:
В (5.37)
Сигнал с тахогенератора составит:
В (5.37)
Тогда сигнал на выходе ИМС составит:
В (5.38)
Таким образом, напряжение стабилизации входного стабилитрона должно составлять 3 В, что обеспечит правильную работу обратной связи по мощности.
Обратная связь включается через 1.5 с после включения двигателя, что обеспечивают контакты реле времени. Это необходимо для того, чтобы при пуске обратная связь по мощности не срабатывала.
–PAGE_BREAK–. (7.1)
–PAGE_BREAK–