Рефераты

Курсовая работа: Система управления тиристорного электропривода продольно-строгального станка

Курсовая работа: Система управления тиристорного электропривода продольно-строгального станка

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

Орский индустриальный колледж

ГОУ СПО ОИК

КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ)

Тема: Система управления тиристорного электропривода продольно-строгального станка

Дисциплина: Системы управления электроприводом

Пояснительная записка 270116.2009.00.ПЗ

Согласованно

Председатель Руководитель проекта

Предметной комиссии____________ Доновский П.И.

_________ Рагузина В.Г.  «__» __________ 2009 г.

«__» ___________ 2009 г.

  Студент

  ____________ Цыганов Н.А.

  «__» ___________ 2009 г.

Группа

4-ЭП


Содержание

Введение

1. Описательно технологическая часть

1.1. Назначение и техническая характеристика оборудования

1.2. Краткий технологический процесс работы оборудования

1.3. Требования, предъявляемые к системе управления ЭП

2. Расчетно-техническая часть

2.1. Расчёт мощности и выбор двигателя привода  

2.2. Выбор тиристорного преобразователя и расчёт

его силовых параметров

2.3. Расчёт регулировочных и внешних характеристик

тиристорного преобразователя

2.4. Выбор функциональных блоков и устройств системы управления

2.5. Выбор электрических аппаратов управления и защиты  

2.6. Краткий принцип работы системы

3. Экономическая часть

3.1. Комплексное технико-экономическое сравнение

основных показателей ЭП

4. Охрана труда

4.1. Техника безопасности при эксплуатации

автоматизированных ЭП

5. Специальная часть

5.1. Возможные неисправности, причины возникновения

и способы их устранения

6. Заключение по проекту

Список используемой литературы

Графическая часть

Лист 1 – Силовая и функциональная схемы тиристорного ЭП. Графики характеристик.


Введение

B современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте, в строительстве и коммунальном хозяйстве, в быту применяются самые разнообразные технологическиё процессы, для реализации которых человеком созданы тысячи различных машин и механизмов. C помощью этих рабочих машин и механизмов осуществляется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости, газ и реализуются многие другие процессы, необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется c помощью экскаваторов, буровых установок и угольных комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках, люди и изделия перемещаются транспортными средствами, лифтами и эскалаторами, жидкости и газы транспортируются c помощью насосов и вентиляторов.

Рабочая машина или производственный механизм состоят из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданный технологический процесс или операцию и поэтому называется исполнительным органом. Отметим при этом одно очень важное обстоятельство - все названные технологические процессы осуществляются за счет механического движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов. Исполнительный орган в процессе выполнения заданной операции должен преодолевать сопротивление своему движению, обусловленное наличием трения или притяжения Земли, упругой и пластической деформациями веществ или другими факторами. Для этого к нему необходимо подвести механическую энергию от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило на звание привода.

Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. B зависимости от вида используемой первичной энергии различают гидравлический, пневматический, тепловой и электрический приводы. B современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод, на долю которого приходится более 60% потребляемой в стране электроэнергии.

Такое широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению c другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационaльно соединят привод c исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях - в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота. Возможности использования современных электроприводах продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники - электромашиностроении и электроапаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике.


1. Описательно-технологическая часть

1.1. Назначение и техническая характеристика оборудования

Продольно-строгальные станки предназначаются в основном  для обработки резцами плоских горизонтальных и вертикальных поверхностей у крупных деталей большой длины.

Рисунок 1 – Общий вид тяжелого продольно-строгального станка

На этих станках можно также производить прорезание прямолинейных канавок различного профиля, Т-образных пазов и т.д. Детали средних размеров устанавливаются рядами на столе станка и обрабатываются одновременно.

Продольно строгальные станки разделяются на одностоечные (с консольной поперечиной) и двухстоечные (портального типа). На рисунке 1 показан общий вид двухстроечного продольно-строгального станка. Его станина 1 имеет продольные направляющие (плоские и V-образные) . По ним возвратно-поступательно движется стол 2, на котором закрепляют обрабатываeмую деталь. Перемещение стола - главное движение - осуществляется от электродвигaтеля 9, через редуктор и реечную передачу. Снятие стpужки c обрабатываемой детали (строгание) происходит при ходе стола вперед (прямой или рабочий ход). Ход стола назад (обратный ход) совершается обычно c повышенной скоростью, и снятие стружки не производится (холостой ход), a резцы в это время автоматически отводятся от обработанной поверхности (поднимаются). Изменение направления движения стола производится при помощи электромагнитной реверсивной муфты (на малых станках), или посредством реверсирования главного двигатeля. Портал станка 6 образован двумя вертикальними стойками и верхней балкой. К этой балке прикреплена подвеска 5 пульта упрaвления 11. По вертикальным направляющим стoек при помощи ходовых винтов перемещаются поперечина (траверса) 3 и боковой суппорт 10 (некоторые станки имеют два боковых суппорта).

Поперечина имеет горизонтальные направляющие, по котоpым могут перемещаться вертикальные суппорты 4. Суппорты станка c закрепленными в них резцами oсуществляют прерывистую периодическую подачу за время реверса стола c обратного хода на прямой и быстрые устанoвочные перемещения. Движение суппортам передается через коробки подач 7 и 8 отдельных электродвигателей.

Основными величинами, характеризующими размеры и технологические возможиости различных продольно строгальных станков, являются наибольшая длина строгания (ход столa) L (от 1,5 до 12 м), наибольшая ширина обработки (от 0,7 до 4 м) и наибольшее тяговое усиление на рейке стола Fт (до 30-70 кН и более).

1.2. Краткий технологический процесс работы оборудования

При строгании рисунок 2 снятие стружки происходит в течении рабочего хода, при обратном ходе резец не работает. Продольное перемещение стола при рабочем ходе является главным движением.

Рисунок 2 – Схема строгания

Движение подачи называется перемещением резца в течении одно и двойного хода перпендикулярно главному движению. Вспомогательными движениями на строгальных станках являются быстрое перемещение траверсы и суппортов подъём резцов при обратном ходе,  а также, например, медленное перемещение стола при наладочных операциях. Скорость, с которой резец перемешается относительно детали при рабочем ходе, называется скоростью резания.

Глубина резания – величина, на которую углубляется резец  в изделие при одном проходе, она определяет толщину снимаемой стружки.

1.3. Требования, предъявляемые к системе управления электроприводом

Исходя из тех условий технологического режима работы станка необходимо обеспечить следующие условия:

- Диапазон регулирования скорости определяется процессом обработки детали на станке связанным с технологией производства.

- Система электропривода должна обеспечивать плавность и точность регулирования скорости в заданном диапазоне.

- Механические характеристики электропривода в заданном диапазоне регулирования должны быть жёсткими.

- Система управления электропривода должна обладать качественными динамическими свойствами: быстродействие, устойчивость при регулировании, надёжность в работе.

Системы управления предназначены для автоматического формирования сигналов управления ,которые обеспечивают открывание силовых тиристоров преобразователя. Формируемые импульсы поступают в виде сигналов напряжения на управляющий электрод и катод тиристора.

Задачи системы управления:

- Система управления должна создавать синхронизированную с сетью переменного напряжения m-фазную систему импульсов управления. Например для 3-х фазной системы с нулевой точкой m=3, для мостиковой схемы m=6. Каждый импульс формируется согласно принципа работы выпрямительной схемы.

- Система управления должна обеспечивать сдвиг по фазе импульсов управления относительно анодного напряжения тиристоров.

- Система управления должна обеспечивать симметрию формируемых импульсов по каждой фазе преобразователя. Относительная погрешность симметрии не должна превышать 1-2 электрических градуса.

- Система управления должна обеспечивать необходимый диапазон регулирования угла управления , для нереверсивных схем преобразователей диапазон регулирования составляет от α=0 до α=90 градусов, для реверсивных тиристорных преобразователей диапазон от α=0 до α=165 градусов.

- Система управления должна обеспечивать устойчивость и надёжность работы преобразователя во всех рабочих режимах а, так же при резких изменениях нагрузок, частоты переменного напряжения и других помех.

- Система управления должна автоматически отключать тиристоры от аварийных режимов или ложных сигналов управления.

- Моменты формирования опирающих импульсов должны быть согласованны с амплитудой импульса и крутизной импульса, которые должны быть близки к паспортным параметрам тиристора. Как правило формируемые импульсы имеют крутой передний фронт 2-5 мс, и малую длительность 10-15 градусов.

Исходя из выше изложенных технических требований предъявляемых к системе управления, в проекте в качестве электропривода выбирается электропривод постоянного тока с тиристорным преобразователем, обеспечивающим регулирование напряжения на якоре двигателя. В соответствии с технологическими условиями производства система электропривода будет обеспечивать постановленные задачи.


2. Расчётно-техническая часть

2.1. Расчёт мощности и выбор двигателя привода.

Исходные данные

Cv=225 коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и материал резца, принят для обработки стали и чугуна для резцов из быстрорежущей стали.

CF=92 коэффициент характеризующий обрабатываемый материал и вид обработки.

S=3мм/1 двойной ход стола; подача стола

t=10мм глубина резания

T=250мм стойкость резца

1. Стойкость резания

 м/мин(1)

где: m=0,1; xv=0,1; yv=0,3 – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого металла, материала резца и вида обработки.

2. Усилие резания

 Н

где: XF=1; YF=0.75; n=0 – показатели степени

 (2)

3. Мощность резания

 (3)

4. Полная расчетная мощность

  (4)

где: Кз=1,1-1,3 коэффициент запаса

ηст=0,75-0,8 КПД станка

5. Рабочая скорость на валу двигателя

  (5)

где: Vобр=80 м/мин – скорость обратного хода стола

i=7 – передаточное число

D=12.4 мм – диаметр шестерни

6. Выбирается двигатель постоянного тока по условиям: Рн≥Рр; ωн≈ωр и выписываются его полные технические данные.

Таблица 1 – Технические параметры двигателя

Тип двигателя

Рн

Uн

nн

nmax

ηн

Iя

1 4ПФ180S 45 440 1450 4500 88 114

Рн≥Рр=45кВт

Расшифровка типоразмеров

4ПФ180S – четвертая серия приводов механизмы, которых предназначены для станков с числовым программным управлением.

180 – высота оси вращения

S – условная длина сердечника якоря

УХЛ4 – умеренный или холодный климат

Охлаждение  ICO 6 – независимая вентиляция

Расчет мощности двигателя подачи

1. Суммарное усилие, необходимое для перемещения резца:

 (7)

где: Fx=0.4*20487.2=8194.88 H

Fy=0.3*20487.2=6146.16 H

μ=0.15

Fn=8164.88+0.15(20487.2+6146.16)=12189.88 H

2. Мощность подачи

 (8)

3. Полная расчетная мощность

  (9)

4. Угловая скорость двигателя

  (10)

5. Выбирается двигатель подачи по условиям Рн≥Ррп; ωн≈ωп и выписываются его полные технические данные.

Таблица 2 – Технические параметры двигателя подачи

Тип двигателя

Рн

Uн

nн

nmax

ηн

Iя

1 4ПФ160L 30 440 1030 4500 85.5 77

Расшифровка типоразмеров

4ПФ160L – четвертая серия приводов механизмы, которых предназначены для станков с числовым программным управлением.

160 – высота оси вращения

L – большая длина сердечника якоря

УХЛ4 – умеренный или холодный климат

Охлаждение  ICO 6 – независимая вентиляция


2.2. Выбор тиристорного преобразователя и расчёт его силовых параметров

Для питания обмотки якоря двигателя используется тиристорный преобразователь.

Исходные данные для расчета:

U1~=380В – переменно напряжение питающей сети

f1=50Гц – частота тока питающей сети

Ud=440В – среднее выпрямленное напряжение

Id=Iн=114А – средний номинальный ток нагрузки

а=30о – оптимальный угол управления тиристорами

2.2.1 Расчет мощности и выбор типового тиристорного преобразователя

где: Кз=1,1-1,2 – коэффициент запаса

Ud=440В – напряжение питания главного двигателя

Id=114А - средний номинальный ток нагрузки

ηТП=0,95-0,97 – КПД тиристорного преобразователя

Условия выбора тиристорного преобразователя:

Рн≥Рр; Iнтп≥Id; ~U1н=~Ui; Uнтп≥Ud

Рисунок 3 – таблица выбора параметров силового тиристорного преобразователя

2.2.2 Расчет параметров управляемой схемы выпрямления

Определяем фазное напряжение:

Определяем обратно максимальное напряжение на вентиле в непроводящий полупериод:

Определяем максимальное прямое напряжение, приложенное к тиристору в момент его открывания:

Определяем средний ток вентиля:

Определяем действующий ток вентиля:

Выбираются силовые тиристоры по условиям:

Iн≥Iв.ср; Uпр≥Uобр.м; Uнп≥U1; Iвт≥Iв

Принимаются к установке силовые тиристоры типа Т131-50. их технические данные записываются в таблицу 3.

Таблица 3 – Параметры выбора силовых тиристоров

Тип

Iм.ср, А

Iн.в, А

действ.

Uобр.м, В

Uпр.м, В

U, В

пороговое U

Iобр, мА

ток утечки

Т 131-50 50 78,5 500 100-1200 1,03 6

2.2.3. Расчет параметров силового согласующего трансформатора

U1ф – фаз ное напряжение первичной обмотки трансформатора

I1 – ток первичной обмотки трансформатора

I2 – ток вторичной обмотки трансформатора

Pd – расчётная мощность нагрузки, кВт

Sт – расчётная мощность трансформатора, кВА

Находим фазное напряжение вторичной цепи:

Находим коэффициент трансформации:

Находим ток первичной обмотки:

Находим ток вторичной обмотки:

Находим номинальную активную мощность трансформатора:

PdН=IdН*Udн=114*440=57,1 кВт

Находим полную мощность трансформатора:

SТ=Кп*Рd=1.05*57.1=60кВА

Выбираем трансформатор по условиям: I1н≥I1; I2н≥I2; U1н≥U1; Рн≥Рdн; Sн≥Sт

Таблица 4 – выбор силового согласующего трансформатора

Тип

Рн, кВт

Uн, В

Sн, кВА

Первич. обм.

Втор. обм.

Потери

Uк, %

Iхх, %

U, В

I, А

U, В

I, В

Рхх

Ркз

ТСП-100/0,7-УХЛ4 93 380 100 230 320 205 262 440 2300 5,8 5

Расшифровка типоразмеров:

Сухие трансформаторы предназначены для питания тиристорных преобразователей с трехфазной мостовой схемой выпрямления.

ТСП – для встраивания в шкафы, сухого исполнения.

УХЛ4 – эк  сплуатация в зоне умеренного и холодного климата.

100 – типовая мощность трансформатора, кВА.

Для трансформаторов ТСП выводы располагаются на широкой части трансформатора.

2.2.4 Расчет и выбор сглаживающего реактора

Исходные данные:

Р=6 – число пульсаций

Z=2.5 – коэффициент сглаживания пульсаций

ω1=2*π*f1=2*3.14*50=314c-1

Находим сопротивление токопроводящих частей реактора:

Находим индуктивность реактора:


Таблица 5 – выбор сглаживающего реактора

Тип

Iпост.ном, А

Lном, мГн

R, мОм

ФРОС – 65/0,5 У3 250 1,5 6,8

Расшифровка типоразмеров:

Ф – фильтровый

Р – реактор

О – однофазный

С – охлаждение естественное, воздушное при открытом исполнении.

1,5 – номинальная индуктивность

250 – номинальный ток

2.2.5 Расчет R и С элементов

Для защиты силовых тиристоров от схемных, коммутационных перенапряжений в непроводящий полупериоды включаются параллельно каждому теристору защитные R,C цепи.

Находим расчетное значение величины сопротивления:

где: Uобр.м – обратное максимальное напряжение на вентиле, В

 Iобр.м – обратный максимальный ток вентиля (ток утечки), мА

Таблица 6 - выбор сопротивления

Тип

Rmax, кОм

Umax, рабоч.

ПКВ - 5 100 500

Расшифровка типоразмеров:

ПКВ – проволочные сопротивления для переменной цепи

Находим расчетное значение величины емкости R-C цепи:

где: Uк – относительная величина напряжения К.З. согласующего

  трансформатора

Iпр.м=Iв=65,8А

Таблица 7 – выбор конденсатора

Тип Сном % откл. Uном, В
МБГО 0,25 10 160-660

Расшифровка типоразмеров:

КПБ – конденсаторы металлобумажные

2.3. Расчёт регулировочных и внешних характеристик тиристорного

преобразователя

2.3.1 Расчет регулировочных характеристик

Рассматриваются три варианта режима управляемого выпрямителем: 

- на активную нагрузку

- на индуктивную нагрузку

- на активно-индуктивную нагрузку


Таблица 8 – расчет регулировочных характеристик тиристорного преобразователя

Режим работы

αо

Ud, В

Расчетные формулы

1 На активную нагрузку

0

30

60

90

120

150

180

440

410

330

220

110

29,5

0

2 На индуктивную нагрузку

0

30

60

90

440

381,05

220

0

3 На активно-индуктивную нагрузку

60

90

120

220

58,9

0

Рисунок 4 – регулировочные характеристики Ud(a) для 3-х фазно-мостовой схемы выпрямления.

2.3.2 Расчет и построение внешних характеристик тиристорного преобразователя

Исходные данные:

Ud0=440B

Id=114A

Rф – (0,1-0,15 Ом) – активное сопротивление фазы плеча преобразователя

Xs – (0,2-0,24 Ом) – индуктивное сопротивление фазы

∆Uв – 1,03 В – падение напряжения на вентиле

Расчет производится для одного режима работы трехфазного управляемого выпрямителя для углов управления а=30,60,90 градусов.

- угол коммутации с увеличением тока нагрузки не меняется

Расчетная формула для первого режима:

Таблица 9 - расчет внешних характеристик тиристорного преобразователя

Ud, В

a

cos a

Ud*cos a, В

Id, А

2*∆U, В

1

2

3

437,94

432,8

422,5

0

0

0

1

1

1

440

440

440

0

11,4

34,2

1,57

1,57

1,57

0,471

0,471

0,471

2,06

2,06

2,06

0

10,9

32,6

1

2

3

379

373,8

363,6

30

30

30

0,87

0,87

0,87

381,05

381,05

381,05

0

11,4

34,2

1,57

1,57

1,57

0,471

0,471

0,471

2,06

2,06

2,06

0

10,9

32,6

1

2

3

217,9

212,8

202,5

60

60

60

0,5

0,5

0,5

220

220

220

0

11,4

34,2

1,57

1,57

1,57

0,471

0,471

0,471

2,06

2,06

2,06

0

10,9

32,6

Страницы: 1, 2, 3


© 2010 Рефераты