Курсовая работа (т): Следящий электропривод подачи металлорежущего станка, оснащенный контурной системой ЧПУ

Датчик разгона преобразовывает вводимое задание при скачкообразном изменении в непрерывно изменяемом во времени сигнале задания. Время разгона и замедления можно настраивать независимо друг от друга. Дополнительно датчиком разгона используется сглаживатель начала и конца, который работает в начале и в конце времени разгона. Все времена датчика разгона настраиваются независимо друг от друга.

Регулятор скорости сравнивает задание и текущее значение скорости вращения и при отклонении выдает регулятору тока соответствующее задание по току (принцип: регулирование скорости при помощи вспомогательного регулятора тока). Регулятор скорости выполнен как PI-регулятор с дополнительной выбираемой D-компонентой. Кроме того, переключаемая статическая часть является выбираемой. Все параметры регулятора можно настраивать независимо друг от друга. Значение Кр (усиление) можно адаптировать в зависимости от сигнала конектора. При этом Р-усиление регулятора скорости можно настроить в зависимости от текущего значения скорости, от текущего значения тока, от разности заданного и текущего значений или от диаметра обмотки.Рассмотрим принцип ограничения момента и тока. В зависимости от параметрирования выход регулятора скорости представляет собой либо задание момента, либо задание тока. В режиме регулирования момента выход регулятора скорости оценивается совместно с потоком машины Φ и затем в виде задания по току передается на регулятор тока. Режим регулирования момента используется прежде всего при понижении тока, чтобы независимо от скорости вращения можно было бы ограничить момент двигателя. В качестве действующего ограничения момента всегда принимается наименьшая заданная величина. После ограничения момента можно дополнительно прибавить задание момента. Ограничение тока, устанавливаемое после ограничения момента, служит для защиты преобразователя и двигателя. В качестве действующего ограничения тока всегда принимается наименьшая из заданных величин.

Теперь перейдем к рассмотрению принципа регулирования тока. Регулятор тока выполнен как PI-регулятор с независимыми друг от друга настраиваемыми Р-усилением и постоянной времени регулирования. При этом составляющие Р и I могут отключаться (чистое Р- или I- регулирование). Текущее значение тока регистрируется на стороне переменного тока при помощи преобразователя тока и передается через полное сопротивление трансформатора и выпрямитель на аналогово-цифровой преобразователь. Разрешение составляет 10 бит на номинальный ток преобразователя. В качестве задания по току используется выход ограничителя тока. Выход регулятора тока выдает на блок управления управляющий угол, параллельно этому действует управление с двойным усилением. Такое управление в контуре регулирования тока улучшает динамику регулирования. Благодаря этому становится возможным таймерный интервал регулирования от 6 до 9 мс. Управление с двойным усилением действует в зависимости от задания по току и ЭДС двигателя и обеспечивает благодаря этому при прерывистом и непрерывистом токе и даже при смене направления момента ввод необходимого управляющего угла в блок управления. Блок управления образует синхронно с сетевым напряжением управляющий импульс для тиристоров силовой части. Синхронизация является независимой от вращающегося поля и от питания электроники и воспринимается силовой частью. Положение управляющего импульса во времени определяется выходным значением регулятора тока и управлением с двойным усилением.

Теперь рассмотрим функции регулирования в контуре возбуждения. Регулятор ЭДС сравнивает заданное и текущее значения ЭДС (индуцированное напряжение двигателя) и выдает задание для регулятора тока возбуждения. Благодаря этому становится возможным зависимое от ЭДС регулирование с понижением тока. Регулятор ЭДС работает как PI-регулятор. Р- и I- компоненты можно настраивать независимо друг от друга или же регулятор может работать как чистый Р- или I- регулятор. Параллельно с регулятором ЭДС работает управление с двойным усилением, которое в зависимости от скорости управляет заданием тока возбуждения при помощи автоматически формируемой характеристики поля. После регулятора ЭДС находится суммирующая ячейка, которая может вводить дополнительное задание поля при помощи конектора, например, через аналоговый вход или через последовательный интерфейс. Совместно действует ограничение для задания возбуждения. При этом задание по возбуждению можно независимо друг от друга ограничить по одному минимальному и по одному максимальному значению. Ограничение производится с помощью параметра или конектора. При этом минимум действует для верхней границы, а максимум - для нижней. Регулятор тока возбуждения для поля - это РI-регулятор с независимыми настройками для Кр и Тn. Дополнительно он может работать как чистый Р- и I- регулятор. Параллельно с регулятором тока возбуждения работает управление с двойным усилением, которое в зависимости от задания по току сетевого напряжения определяет угол управления для контура возбуждения и устанавливает его. Управление двойным усилением поддерживает регулятор тока и обеспечивает ему динамические характеристики в контуре возбуждения.Блок управления в контуре возбуждения образует в контуре возбуждения синхронно с сетевым напряжением управляющий импульс для тиристоров силовой части. Синхронизация воспринимается силовой частью и благодаря этому независима от питания электронной части. Положение управляющего пульса во времени определяется выходным значением регулятора тока и управлением с двойным усилением. Ограничение регулирования производится через параметр. Блок управления автоматически настраивается на частоту сети в диапазоне 45 … 65 Гц.

Рисунок 1 - Принципиальная схема электропривода SIMOREG 6RA70

Таблица 2 - Параметры привода фирмы Siemens

.1 Расчет и выбор преобразовательного трансформатора

ЭДС двигателя при его работе в номинальном режиме определяется из выражения/1/, В:

Едв.н = Uдв.н - Iдв.н ∙Rя,

где Uдв.н - номинальное напряжение двигателя, В;

Iдв.н - номинальное значение тока электродвигателя, А;

Rя - полное сопротивление якорной цепи, Ом.

Едв.н = 53 - 50∙0,0574 = 50,13.

Ориентировочное значение ЭДС холостого хода, В:

,

где Едв.н - ЭДС двигателя при его работе в номинальном режиме, В;

К1 - коэффициент перегрузки электродвигателя по току; дв.н - номинальное значение тока электродвигателя (Iдв.н = Idн), А;Σ - суммарное активное сопротивление цепи выпрямленного тока (величина Iдв.н∙RΣ ориентировочно может быть принята равной (0,1- 0,2)Uдв.н);

∆Uв =(0,1 - 0,5)В - напряжение спрямления вольтамперной характеристики;

Кс - коэффициент, определяющий возможные колебания напряжения в питающей сети (величина Кс может быть принята 1,1 - 0,9);

αmin = 7 - 10 электрических градусов - минимальный угол регулирования преобразователя;

А - коэффициент, характеризующий наклон нагрузочной характеристики преобразователя от влияния коммутации вентилей (для трехфазной мостовой схемы А = 0,5);% = (3 - 7)% - напряжение короткого замыкания трансформатора;

= 1 - коэффициент, определяющий степень загрузки преобразовательного трансформатора.

 В.

Значение требуемого фазного напряжения на вторичной стороне преобразовательного трансформатора определяется соотношением:

, (3.1)

 В.

Коэффициент трансформации:

,

где U1л - линейное напряжение первичной обмотки трансформатора (напряжение сети), В;

U2л = ∙U2ф = ∙22,5 = 38,95 В - линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора (U2ф = Е2ф);

.

Действующее значение тока вторичной обмотки:

,

где Idн - номинальное среднее значение выпрямленного тока (Idн = Iдв.н), А.

 А.

Действующее значение тока первичной обмотки:

,

 А.

Мощности первичной S1 и вторичной S2 обмоток определяются выражением:

, (3.2)

где Рdo = Edo∙Idн - максимальная расчетная мощность на стороне выпрямленного напряжения, Вт.

 кВт.

Типовая мощность силового трансформатора рассчитывается по формуле:

. (3.3)

 кВт.

Преобразовательный трансформатор выбираем по соотношениям (3.1) - (3.3). Параметры и тип преобразовательного трансформатора сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Параметры преобразовательного трансформатора

Действительное значение ЭДС холостого хода преобразователя определяем, решая уравнение (3.1) относительно . Получаем:

.

Значение действительного фазного напряжения на вторичной стороне преобразовательного трансформатора:

,

где U2л - линейное напряжение вторичной обмотки преобразовательного трансформатора, В.

 В.

 В.

.2 Выбор тиристоров

Максимальное обратное напряжение на вентилях для трехфазной мостовой схемы определяется соотношением/1/:

,

 В.

Необходимый класс вентилей по напряжению выбираем на основании соотношения:

кл = Кn∙Kн∙Uvm, (3.4)

где Кn = 1,25; Кн = 1,5 - коэффициенты, учитывающие повторяющие и кратковременные перенапряжения на вентилях.

кл = 1,25∙1,5∙84,9 = 159,1 В.

Выбор вентиля по току производим на основании максимального среднего значения тока, проходящего через тиристор:

, (3.5)

где m2 = 3 - число фаз преобразователя.

 А

Выбор тиристоров производим на основании соотношений (3.4) и (3.5). Выбираем тиристоры из /7/ типа Т - 25 низкочастотные, класс - 2, не лавинные, повторяющегося напряжения Uп = 200 В, неповторяющегося напряжения Uнеп = 225 В, предельного тока Iп = 25 А.

3.3 Выбор сглаживающего дросселя

В симметричной мостовой схеме амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения Udm связаны с его значением Udo следующим выражением:

, (3.7)

В симметричной мостовой схеме наибольшую амплитуду имеют основные гармоники (К = 1). Амплитуды гармоник более высокой кратности значительно меньше, а действие реактора на них эффективнее, поэтому расчет индуктивности дросселя производим по основной гармонике. Для симметричной трехфазной мостовой схемы число пульсаций равно единице (р = 1).

Из соотношения (3.7) выражаем амплитудное значение гармонических составляющих выпрямленного напряжения

 В.

Требуемая индуктивность цепи выпрямленного тока может быть определена по формуле, Гн

,

где ω = 314 - круговая частота сети, с-1;

Idн - номинальный выпрямленный ток преобразователя, А.

 Гн.

Требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя определяется по соотношению

,

где n - число фазных обмоток трансформатора, находящихся в цепи выпрямленного тока (для трехфазной мостовой схемы n = 2);- индуктивность фазы преобразовательного трансформатора, приведенная к вторичной обмотке, Гн;яд = 0,422 мГн - индуктивность якоря двигателя.

Индуктивность фазы преобразовательного трансформатора приближенно можно определить из уравнения, Гн

,

где ик% - напряжение короткого замыкания трансформатора;- ток фазы трансформатора.

 Гн.

Тогда требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя

 Гн.

На основании требуемого значения индуктивности сглаживающего дросселя и тока протекающего в цепи выпрямленного тока выбираем реактор типа ФРОС-65/0,5У3 с техническими данными:

Номинальный выпрямленный ток, А……………………………….....…320

Индуктивность, мГн………………………………………………………....1

Активное сопротивление, мОм……………………………………….......4,5

Масса, кг………………………………………………………………….....84

ФРОСЗ - фильтровый реактор, однофазный, сухой, с естественным воздушным охлаждением. Реактор предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в главных (якорных) цепях электропривода.

.4 Расчет и выбор элементов защиты тиристорного преобразователя от коммутационных перенапряжений

Для уменьшения перенапряжений на тиристорах в силовой схеме используются шунтирующие RC-цепочки. Значение емкости в выбирается равным С = 1 - 2 мкФ (принимаем С = 1 мкФ), а сопротивление с учетом соотношения: