Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Станки механосборочного производства 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

Диапазон регулирования D\ очень велик, поскольку номинальная частота вращения вала двигателя постоянного тока составляет 1000-3000 мин-\ минимальная может быть доведена до 0,1 - 1,0 мий-. Кроме того, допускается кратковременное увеличение Скорости вращения вала двигателя до значения шах за счет кратковременного повышения напряжения на якоре. Это обеспечивает второй диапазон регулирований


Мщах ном

который целесообразно использовать для вспомогательных перемещений, поскольку двигатель здесь должен работать с уменьшенной нагрузкой. Диапазон этот не-в) I) ** велик и равен примерно

Рис. 14.1. Диапазон регулирования электро- 2-2,5.

Привода подачи Общий диапазон регули-

рования двигателя D > D, и современный электропривод способен обеспечить все технологические требования станкостроения. Особенность расчета заключается в том, что диапазоны регулирования двигателя и станка отличаются в отдельных своих частях. При этом, как правило, D\ >Di и Di, <D .

Диапазон D регулирования подачи должен быть вписан в диапазоне регулирования двигателя. Соединение может быть произведено по верхней (рис. 14.1, а) или нижней (рис. 14.1,6) границе диапазона регулирования.

Поскольку на малых скоростях вал двигателя имеет значительную неравномерность вращения, первый вариант предпочтительнее. В этом случае передаточное отношение редуктора

где Пгаах - максимальная частота вращения вала двигателя, мин ; fmax - максимальная скорость вспомогательных перемещений, мм/мин; р - шаг ходового винта, мм.

Использование высокомоментных двигателей с большим диапазоном регулирования часто позволяет при выборе соответствующего значения р обойтись без редуктора и соединить вал двигателя непосредственно с ходовым винтом.

§ 2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Структура регулируемого привода подачи может быть весьма разнообразной. В простейшем случае привод состоит из исполнительного двигателя М, тиристорного преобразователя, регулятора скорости и блока токоограничения с датчиком тока. Привод охвачен

главной обратной связью по скорости ю тахогенератором. Расчет и оптимизация параметров регулятора скорости в таком приводе, как правило трудоемки и обычно осуществляются приближенно по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам.

Более совершенная структура регулируемого электропривода (рис. 14.2) выполнена по системе подчиненного регулирования. Привод состоит из исполнительного двигателя М, тиристорного преобразователя ТП и двух регуляторов. Регулятор скорости PC и тахоге-нератор G образуют основной скоростной контур привода, регулятор тока РТ и датчик тока относятся к подчиненному внутреннему токовому контуру. Систему подчиненного регулирования выполняют из стандартных элементов; она отличается простотой настройки и регулирования.


Рис. 14.2. Регулируемый электропривод, выполненный по схеме подчиненного регулирования

Для настройки регуляторов электропривода, определения качества переходных процессов и быстродействия привода необходимо иметь передаточные функции всех элементов, составляющих замкнутую систему автоматического регулирования скорости вращения.

Передаточная функция двигателя постоянного тока при управлении в цепи якоря и неизменном значении потока возбуждения вытекает из операторных уравнений электрического и механического равновесия:

U{p) = e (р) + R,C, (р) + Lpi, (р). M{p) = M{p) + Jpio. Производя элементарные преобразования с учетом того, что М = = ci и е - cti), получим

JR J

где Тк = = -j-pj - электромеханическая постоянная времени; Тя = - электромагнитная постоянная; р = -жесткость механической характеристики электродвигателя; ka = ---статиче-

ский коэффициент преобразования.

Если упругость механической передачи привода не учитывается, то в значение момента инерции J должны входить значения момента



инерции двигателя и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма. В соответствии с уравнением (14.1) структурная схема двигателя постоянного тока представляет собой последовательное соединение апериодического и интегрирующего звеньев (рис. 14.3), охваченного внутренней обратной связью по угловой скорости или ЗДС двигателя.

Тиристорный преобразователь приближенно может быть представлен апериодическим звеном с передаточной функцией вида

где. Гц - постоянная времени, которая вкладывается из времени запаздывания преобразователя т, связанного с тем, что управляющий

Ря(1*Т1,р}

АТмр

Рис. 14.3 Структурная схема двигателя постоянного тока

сигнал не вызывает мгновенного изменения выпрямленного напряжения и постоянной времени системы импульсно-фазового управления (СИФУ) ГсиФу.

Время запаздывания

т=1/2т/,

где т - число фаз; / - частота сети.

Когда СИФУ выполнена на безынерционных элементах, Гсифу не учитывают и Гц т.

В современном электроприводе применяют унифицированные регуляторы, выполненные на базе полупроводниковых операционных усилителей. Передаточная функция регулятора приближенно определяется отнощением импедансов цепи обратной связи и входной цепи усилителя:

го (Р)

Для коррекции частотной характеристики регулятора и устранения самовозбуждения применяют частотно-зависимые цепочки Rht-Cki и Cki- В конкретных типах усилителей вид корректирующих цепочек может несколько изменяться.

Изменяя характер цепей и Zj, получают различные типы стандартных регуляторов.

В качестве датчиков скорости в электроприводе станков обычно используют тахогенераторы постоянного тока. Они могут иметь систему электромагнитного возбуждения или возбуждение от постоянных магнитов. Наилучшие характеристики имеют тахогенераторы, встроенные в исполнительный двигатель. Для уменьшения коллек-

торных и оборотных пульсаций на выходе тахогенератора включают сглаживающий фильтр. Инерционность фильтра, а также индуктивность якоря влияют на динамические свойства датчика скорости. В результате этого передаточная функция тахогенератора

Постоянная времени Т 1 мс. В приводах со значительной инерционностью ее можно не учитывать. Статический коэффициент преобразования &хг определяется крутизной характеристики тахогенератора и составляет 20-30 В на 1000 мин . Напряжение обратной связи должно быть пересчитано на вход задающего напряжения регулятора скорости (см. рис. 14.2). В результате коэффициент преобразования цепи обратной связи по скорости будет равен

k - k

Ао. о

в некоторых случаях задающее напряжение на входе регулятора скорости должно иметь унифицированное значение f/задгаах = Ю В. Это позволяет определить коэффициент k, исходя из максимального значения скорости © шах идеального холостого хода:

зад щах о max

Если окажется, что крутизна характеристики тахогенератора слишком велика и > о. то на выходе тахогенератора следует поставить делитель напряжения.

В качестве простейшего датчика тока используют шунт с номинальным падением напряжения f/ш.вом = 45 или 75 мВ. Поскольку такое напряжение недостаточно для функционирования в системе управления привода, то в цепи обратной связи контура тока ставят промежуточный усилитель. Коэффициент преобразования этого усилителя fey. т определяют из следующих соображений. В статическом режиме для регулятора тока справедливо уравнение /задшах - ~ отшах = о или (/зад max - тя. ото = 0. Откуда значение коэффициента преобразования цепи обратной связи контура тока

и зад max

--г- >

я. ото

где /я. ото - значение отсечки тока якоря, которое не должно превышать максимальной силы тока якоря, указанной в паспорте на электродвигатель. Максимальное значение задающего напряжения чаще всего соответствует унифицированному сигналу 10 В. В свою очередь,

k - ь Р

Кит

откуда, учитывая, что /?ш =

ш. ном

я. отс

получим

k = зад max Чш. ном



§3. Динамика электромеханического привода

Механическая система электропривода представляет собой многомассовую вращающуюся систему, содержащую упругие звенья и элементы, создающие демпфирующие моменты трения. Рассмотрим одно конкретное звено подобной системы (рис. 14.4). На массу с мо-

, ментом инерции действуют два Jm упругих момента Mft i,ft и М, h, пропорциональных углу закручивания соответствующего упругого звена или разности углов поворота масс:


ft-i, ft

ft-i. ft

K-i - Юл);

ft, ft+i

= -(a>ft-a>fta).

Рис. 14.4. Многомассовая механическая система привода

где Cft i,ft и - Cft.ft+i-жесткости упругих звеньев; сод, (о+х -соответственно углы поворота звеньев. Кроме того, необходимо учитывать момент трения в элементах, связанных с массой,

Лтр ft - PftWft

и моменты трения в упругих звеньях

Лтр ft-i. ft = Pft-j, ft K-i - Wft);

Лтр ft, ft+l = Pft, ft+l ( ft - COft.,).

В результате уравнение движения k-vi массы может быть записано так:

Mh-i, ft + Лтр ft-i, ft - Afft, ft+l - ft, ft+l - Мтр ft = JkPk-

Рассуждая аналогично, можно написать систему дифференциальных уравнений, описывающих многомассовую механическую систему привода.

h-l, ft

К-1 - ft) + Pft-1, ft ( ft-i - ft)

ft, ft+l

((Oft - (Oft.i) - Pft, ft+l ((Oft - (Oft+i) - Pft(Oft = /ft/7(0ft;

(14.2)

- p (C0 -l - (0 ) + Pn-1, n (Юп-1 - ) - Pn n - Afo = JnPn-

В расчетах электропривода удобно использовать понятие входного механического сопротивления, которое представляет собой

отношение операторных выражении момента а.скорости вращения вала двигателя:

Находим его, решая систему (14.2).

Понятие механического сопротивления может быть распространено и на отдельные элементы механической системы. При этом для сосредоточенной массы

2ft(p) = Pft + /ft/P,

а для упругого элемента

2ft, ft+l (р) - Pft, ft+l +

-ft. h+t

В системе СИ механическое сопротивление имеет размерность Н-м-с.

Аналогично можно ввести понятие механической проводимости

?ft = 1/Z .

Для многомассовой системы входное механическое сопротивление записывают в виде цепной дроби

2мех (Р) = Up) +---1-. (14.3)

(Р) +

Zn(p)

Важное значение имеет передаточная функция механической системы по скорости

которая также может быть легко определена при решении системы линейных уравнений (14.2).

В практических расчетах электропривода обычно используют эквивалентную приведенную механическую систему, в которой имеются две вращающиеся массы с моментами инерции Ji и J, соединенные между собой упругим звеном с эквивалентной жесткостью Ci2. Момент инерции Ji образован якорем двигателя с деталями, непосредственно соединенными с ним (муфтами, промежуточными шестернями и т. п.). Момент инерции представляет собой эквивалентную величину, связанную с поступательно или враща-тельно движущимися деталями станка (суппортом, столом, патроном и закрепленной в нем деталью и т. д.).

Рассматривая действие моментов на двухмассовую систему, можно записать

р12( 1 - щ) - Pi(o, = Jipa; с, (14-4)

-f- К -i) + Pl2 ( 1 - Юг) - - Ма = JiPdii



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка