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

,

где L = 2∙Lтр - индуктивность коммутационного контура, Гн;

С - выбранное значение емкости защитной цепочки, Ф.

= 2∙Lтр = 2∙0,046∙10-3 = 0,092∙10-3 Гн,

,

.

Выбираем:

конденсатор  типа К10 - 47 номинальной ёмкости 1 мкФ;

резисторы  типа МЛТ с номинальным сопротивлением 15 кОм (ряд Е24).

.5 Расчет и выбор измерительного шунта

Измерительный шунт выбирается по максимальному току, протекающему в силовой цепи, т.е. по пусковому току

 А.

Выбираем измерительный шунт 75ШСМ-150 со следующими техническими данными:

Номинальный ток шунта , А………………………………………..150

Номинальное падение напряжения , мВ……………………………75

.6 Расчет параметров цепи якоря двигателя

Эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя определяется:

где - активное сопротивление обмотки трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока, Ом;

 - коммутационное сопротивление, Ом;

 - сопротивление щеточного контакта, Ом.

Сопротивление обмотки трансформатора, Ом:

;

где  - потери короткого замыкания, Вт;

 - ток вторичной обмотки трансформатора.

.

Коммутационное сопротивление определяется выражением, Ом:

где  Ом - индуктивное сопротивлении фазы трансформатора.

.

где  - падение напряжения на щеточном контакте, В.

Тогда эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя

 Ом.

Расчетная индуктивность якорной цепи двигателя, Гн:

;

 .

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи, с:

Электромеханическая постоянная времени равна, с:

где В∙с - коэффициент пропорциональности между моментом и током.

3.7 Определение коэффициента усиления тиристорного преобразователя

Для определения коэффициента усиления тиристорного преобразователя необходимо построить регулировочную характеристику преобразователя, определяемую выражением:

где  - ЭДС холостого хода преобразователя при угле регулирования  = 0.

Регулировочная характеристика преобразователя приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя

Рисунок 3.2 - Зависимость

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя определяется выражением

.

4. Расчет параметров системы регулирования, настройка регуляторов

В настоящее время системы следящего электропривода строятся по принципу подчиненного регулирования. Структурная схема системы подчиненного регулирования, соответствующая комплектному электроприводу “Simoreg DC-master 6RA70” и дополненная контуром положения с компенсацией скоростной ошибки имеет вид приведенный на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Структурная схема привода

.1 Расчет контура регулирования тока

Контур регулирования тока якоря является внутренним контуром системы автоматического управления электроприводом. Объектом управления внутреннего контура (контура тока) является тиристорный преобразователь и якорная цепь электродвигателя.

Передаточная функция тиристорного преобразователя

где  - коэффициент передачи тиристорного преобразователя;

 с - постоянная времени тиристорного преобразователя.

Коэффициент обратной связи по току, Ом

,

где - напряжение задания тока, В;

 А - пусковой ток двигателя.

При настройке системы регулирования считаем, что внутренней обратной связью по ЭДС двигателя можно пренебречь, тогда передаточная функция разомкнутого контура тока:

,

где  - передаточная функция оптимального разомкнутого контура.

.

где  - малая постоянная времени контура регулирования.

В контуре тока целесообразно за малую постоянную времени контура брать постоянную времени тиристорного преобразователя, с

.

Тогда

,

где  - коэффициент передачи регулятора тока:

.

 с - постоянная времени регулятора тока, с:

Таким образом регулятор тока и имеет вид пропорционально - интегрального звена. Реализация такого звена на базе операционного усилителя приведена на рисунке 8.4.

Рисунок 4.2 - Схема регулятора тока

Определим параметры схемы регулятора тока. Передаточная функция такой схемы имеет вид:

.

=.

Тогда

=,

.

Отсюда

,

.

Принимаем  мкФ, тогда сопротивления, кОм:

4.2 Расчет контура регулирования скорости

Замкнутый контур скорости включает в себя регулятор скорости, контур тока и механическую часть электропривода.  Коэффициент обратной связи по скорости, В∙с:

;

где - напряжение задания тока, В.

.

Технологический процесс требует отсутствия статической ошибки по скорости, т.е. система должна быть астатической по скорости. Это достигается применением ПИ - регулятора скорости. Поэтому настройку контура тока целесообразно производить на симметричный оптимум.

Пренебрегая внутренней обратной связью по ЭДС двигателя, определяем передаточную функцию замкнутого контура тока:

Составляющая , тогда

Передаточная функция разомкнутого контура скорости:

.

За малую постоянную времени контура скорости принимаем, с :

.

Тогда

.

передаточная функция оптимального разомкнутого контура при настройке на симметричный оптимум:

.

Тогда передаточная функция регулятора скорости:

,

где- коэффициент передачи регулятора тока:

;

- постоянная времени регулятора тока, с:

.

Таким образом регулятор скорости и имеет вид пропорционально - интегрального звена. Реализация такого звена на базе операционного усилителя приведена на рисунке 8.5.

Рисунок 4.3 - Схема регулятора скорости

Определим параметры схемы регулятора скорости. Передаточная функция такой схемы имеет вид

.

=.

Тогда

=,

.

Отсюда

,

.

Принимаем  мкФ, тогда сопротивления, кОм:

;

.

.3 Расчет контура положения

Контур положения является внешним контуром, он образуется регулятором положения, датчиком положения (угла поворота вала) ДП, контуром регулирования скорости, контуром регулирования тока якоря. Сигнал задания положения для регулятора положения вырабатывает КУ- командное устройство, регулятор положения вырабатывает сигнал задания для регулятора скорости.

Датчик положения считаем идеальным, т.е. принимаем передаточную функцию датчика:

Настройку контура положения осуществляем на модульный оптимум. При такой настройке передаточная функция регулятора положения будет иметь вид

где  - коэффициент обратной связи по положению;

 - коэффициент передачи широтно-импульсного фазового дискриминатора;

 - коэффициент передачи редуктора;

 - малая постоянная времени контура положения.

Датчик положения считаем идеальным, тогда

;

Коэффициент передачи широтно-импульсного фазового дискриминатора определяем, В/м:

где U1max - максимальное напряжение на выходе дискриминатора, (U1max=10В);

∆ - цена импульса по фазе в градусах (для расчетов рекомендуется принять =3,60);

h = 0,02 мм - цена импульса.

.

Тогда передаточная функция регулятора положения

.

Таким образом, регулятор положения является пропорциональным звеном. . Реализация такого звена на базе операционного усилителя приведена на рисунке 8.6.