Модернизация электропривода токарно-карусельного станка

         Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный университет

промышленных технологий и дизайна»







Институт  Энергетики и Автоматизации_____________________________________

Направление	подготовки	(специальность)	13.03.02.	«Электроэнергетика	и


электротехника» (профиль – «Электропривод и автоматика»)_______________________

Выпускающая кафедра: Автоматизированного электропривода и электротехники_____

Допустить к защите

Заведующий кафедрой	Хардиков Е.В._______


"____"_______________2018 г.



ВЫПУСКНАЯ
КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
(бакалаврская работа)


на тему:	Модернизация электропривода токарно-карусельного станка




Исполнитель – обучающийся учебной группы
543


(номер учебной группы)

Шиповалова Ксения Александровна


(фамилия, имя, отчество, подпись)

Руководитель выпускной квалификационной работы к.т.н., доцент Николаев Виктор Петрович

(ученая степень, звание, фамилия, имя, отчество, подпись)

Консультанты:



Нормоконтролер к.т.н., доцент Королёв В.И



Санкт-Петербург

2018

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна»


Институт  Энергетики и Автоматизации_____________________________________

Направление	подготовки	(специальность)	13.03.02.	«Электроэнергетика	и

электротехника» (профиль – «Электропривод и автоматика»)_______________________

Выпускающая кафедра: Автоматизированного электропривода и электротехники_____


Утверждаю

Заведующий кафедрой

____Хардиков Е.В.____

«_______» _________________ 2018 г.

ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу

Обучающемуся	Шиповаловой Ксении Александровне


1. Тема выпускной квалификационной работы Модернизация электропривода токарно-карусельного станка


утверждена приказом № 108/1 от 16.04.2018г.


2. Срок сдачи обучающимся законченной выпускной квалификационной работы

_____________________________________________________________________________

3. Исходные данные по выпускной квалификационной работе

Наибольший обрабатываемый диаметр D=2500мм__________________________________

Наибольшая высота устанавливаемого изделия H=1600мм___________________________

Диаметр планшайбы d=2240мм__________________________________________________

Число оборотов планшайбы n=1,6-80об/мин_______________________________________

Род тока переменный 380В, 50Гц________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

4. Перечень подлежащих разработке в выпускной квалификационной работе вопросов или ее краткое содержание

Устройство и принцип работы токарно-карусельного станка__________________________

Расчёт и выбор электродвигателя_________________________________________________

Выбор преобразователя частоты__________________________________________________

Разработка структурной схемы электродвигателя___________________________________

Настройка регуляторов_________________________________________________________

Проверка работоспособности системы путём моделирования_________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      5. Перечень иллюстративно-графического и раздаточного материала (с точным указанием обязательных чертежей)

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      6. Консультации по выпускной квалификационной работе с указанием относящихся к ней разделов

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________


7. Дата выдачи задания ____________Руководитель ВКР Николаев В.П.__________

(ф.и.о., подпись)


      Задание принял к исполнению, о процедуре проверки текста выпускной квалификационной работы на основе системы «Антиплагиат» извещен(а).

_____________________	___________________

подпись обучающегося	(дата)

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна»


Институт  Энергетики и Автоматизации_____________________________________

    Выпускающая кафедра: Автоматизированного электропривода и электротехники_____




ОТЗЫВ

руководителя о работе обучающегося в период подготовки

выпускной квалификационной работы


Фамилия И. О. обучающегося

Шиповалова Ксения Александровна

Направление подготовки 13.03.02. «Электроэнергетика и электротехника» (профиль – «Электропривод и автоматика»)

Форма обучения очная

Наименование темы выпускной квалификационной работы Модернизация электропривода токарно-карусельного станка

    1. Характеристика проделанной работы по всем разделам пояснительной записки ВКР (научный уровень/качество выполнения расчетов/ адекватность использованных методов/ связность изложения и составления пояснительной записки)

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2. Характеристика качества оформления текста, иллюстраций, графических работ

_______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. Степень самостоятельности работы студента над ВКР и отношение к процессу ее выполнения (инициатива, самостоятельность, активность, ответственность)

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________


   По результатам проверки ВКР системой Антиплагиат оценка оригинальности составляет ________%


    4. Уровень подготовленности обучающегося (характеристика теоретической и практической подготовки/сформированность общекультурных, общепрофессиональных (профессионально-специализированных) и профессиональных компетенций/готовность и способность решать конкретные производственные и конструкторские задачи на базе последних достижений науки, техники, технологии, экономики, культуры и социальной сферы)_______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Место работы, должность, ученая степень, звание руководителя ВКР

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Фамилия И. О._________________________________________________ Подпись_______________________________ "_____"_________________2018 г.


С отзывом ознакомлен(а)

Подпись обучающегося _______________________________

«____» ________________ 2018 г.

РЕФЕРАТ



Модернизация электропривода токарно-карусельного станка модели КС-

697: выпускная квалификационная работа / К.А.Шиповалова, ВШТЭ СПбГУПТД, СПб., объем 73 с., 7 гл., 33 ил., 7 табл., 21 источника.

    КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНЫЙ СТАНОК МОДЕЛИ КС-697 (1525), АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД,

РЕГУЛЯТОРЫ, СТАНДАРТНЫЕ НАСТРОЙКИ, ДАТЧИКИ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР.

     Объектом исследования является автоматизированный электрический привод главного движения токарно-карусельного станка модели КС-697 (1525).

     Цель работы – модернизация электрического двигателя главного движения токарно-карусельного станка КС-697 и его автоматизация.
     В процессе работы были произведены экспериментальные исследования работающего электропривода в пусковых и установившихся режимах работы.

      В результате работы были разработаны рекомендации по модернизации электропривода главного движения: заменить привод переменного тока с коробкой скоростей на систему преобразователь частоты - асинхронный двигатель с векторным управлением, использовать преобразователь частоты
и контроллер фирмы «Omron».


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	8

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ	10

2. НАЗНАЧЕНИЕ   И  ПРИНЦИП   РАБОТЫ   ДВУХСТОЕЧНОГО

ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА	14

2.1.	Назначение	и	область	применения	двухстоечного	токарно-

карусельного станка	14

2.2. Принцип работы двухстоечного токарно-карусельного станка	14

2.3 Устройство двухстоечного токарно-карусельного станка КС-697 (1525)

15

3. ВЫБОР  ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ  ДВУХСТОЕЧНОГО  ТОКАРНО-

КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА ................................................................................
19
3.1.1
Электроприводы постоянного тока ЭПУ1 ............................................
19
3.1.2
Асинхронный электропривод и коробка скоростей .............................
20
3.1.3
Электроприводы ЭТА-1 ..........................................................................
20
3.1.4
Электрический привод с вентильным двигателем ...............................
21
3.2.
Исходные технические характеристики токарно-карусельного станка22
3.3.

Требования  к  автоматизированному  электроприводу  и  системе
автоматизации ....................................................................................................
23
3.3.
Возможные варианты системы электропривода и выбор оптимального
варианта ..............................................................................................................
24
3.4.
Расчёт скорости резания при выборе электродвигателя ........................
26
3.5.
Расчёт мощности при выборе электродвигателя ....................................
28
3.6.
Выбор номинальной скорости двигателя и типоразмера двигателя ....
28

4.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ	СХЕМЫ	АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

32

4.1. Параметры и элементы силовой цепи	36

4.2. Датчик координат электропривода	37

5.	ПОСТРОЕНИЕ	МАТЕМАТИЧЕСКОЙ	МОДЕЛИ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА	39

6. ДИНАМИЧЕСКИЕ   И   СТАТИЧЕСКИЕ   ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА	43

6.1 Разработка модели векторного управления асинхронным двигателем 43

6.2 Расчёт параметров структурной схемы асинхронного двигателя	45

6.3 Расчёт и настройки контура тока	49

6.4 Расчёт и настройки контура потокосцепления ротора	53

6.5 Расчёт и настройки контура регулирования электромагнитного момента

двигателя	55

6.6 Расчёт и настройка контура скорости	57

7. ВЫБОР  И  ПРОЕКТИРОВАНИЕ  СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЗАЦИИ

ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА КС-697 (1525)	60

7.1 Условия работы станка	60

7.2 Разработка алгоритма и программы управления	61

7.3 Выбор аппарата для реализации алгоритма программы управления	64

8. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ  И  ЗАЩИТА  ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО

СТАНКА КС-697 (1525)	68

8.1 Выбор аппаратов, проводов и кабелей	68

8.2 Таблица перечня элементов электрооборудования производственной

установки	Ошибка! Закладка не определена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ	72

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	73


ВВЕДЕНИЕ


      В настоящее время машиностроительная отрасль Российской Федерации является одним из ключевых элементов экономики. Находясь в тесном взаимодействии с другими отраслями, машиностроение позволяет завоёвывать лидирующие позиции на рынке, требующем технологичного производства и высокой конкурентоспособности оборудования. Уникальные продукты отечественного производства пользуются спросом по всему миру, надежность и широкие возможности модернизации позволяют адаптировать оборудование под нужды того или иного завода. Станкостроение – это одна из наиболее значимых отраслей машиностроения, которая в состоянии полностью удовлетворить потребность промышленности в металлорежущем оборудовании. Все инновации в данной области оказывают влияние на огромный список предприятий, выводя качество производимой продукции на новый уровень.

     Одной из важных разновидностей станков являются токарные станки, которые составляют наиболее многочисленную группу металлорежущих станков, предназначены для выполнения различных токарных работ, включая точение конусов и нарезание некоторых видов резьб: метрических, дюймовых, модульных, питчевых.

      В большинстве случаев используются станки советского производства, которые в основном удовлетворяют требованиям современного технологического процесса и обладают сравнительно невысокой стоимостью, относительно просто ремонтируются и модернизируются.

     Используемые на производстве станки должны удовлетворять современным требованиям в вопросах точности, энергопотребления, быстродействия, надежности. Модернизация приводов является оптимальным решением для достижения необходимых параметров.


8

     В связи с этим задачи, которые ставятся в данной выпускной квалификационной работе и касаются модернизации электрического двигателя главного движения токарно-карусельного станка КС-697 (1525) и его автоматизация являются актуальными.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ


Существуют различные классификации токарных станков.

     По наибольшему допустимому диаметру обрабатываемой детали над станиной (выражают высотой центов над станиной, что характеризует наиболее допустимый радиус обрабатываемой детали над станиной) токарное станки бывают:

мелкие станки – высота центров до 150 мм, имеют расстояние между центов не более 750 мм;

средние станки – высота центров от 150 до 300 мм, имеют расстояние между центрами 750, 1000 или 1500 мм;

крупные станки – высота центов более 300 мм, имеют расстояние между центрами свыше 1500 мм.

     Наибольшее распространение на машиностроительных заводах получили средние токарные станки.

По типам токарные станки делятся на:

токарно-винторезные станки – предназначены для выполнения всех основных токарных работ, включая нарезание резьб резцом при помощи ходового винта;

токарные станки (не имеющие ходового винта) – применяются для выполнения различных токарных работ, за исключением нарезания резьб резцом;

лобовые станки - предназначены для обтачивания крупных деталей малой длины – шкивов, маховиков и т.п.;

токарно-карусельные станки – применяются для обработки деталей большого диаметра и малой длины;

многорезцовые станки – применяются при обработке больших партий деталей, которые по конструкции допускают одновременную обработку несколькими резцами;

револьверные станки – применяются при обработке больших партий деталей, имеющих в большинстве случаев осевые отверстия;

специальные станки – предназначены для обработки какого-нибудь определенного рода деталей – коленчатых валов, прокатных валиков, паровозных и вагонных осей, бандажей, колес и т.п.;

токарные автоматы и полуавтоматы – применяются в условиях крупносерийного и массового производства, выполняя функции
револьверных станков [1].

По степени автоматизации токарные станки бывают:

с ручным управлением - установка заготовки и инструмента, позиционирование рабочих органов и формирование базовых циклов вручную, автоматизированное позиционирование рабочих органов и формирование базовых циклов;

с полуавтоматическим управлением - постоянство базовых циклов, сформированных вручную, частичное изменение этапов базовых циклов вручную, произвольное изменение базовых циклов с заменой инструмента вручную;

с автоматическим управлением - произвольное автоматическое изменение базовых циклов с заменой инструмента, порядка выполнения базовых циклов с соответствующей сменой порядка работы инструмента, манипуляции с заготовкой и обработанной деталью; полная автоматическая организация цикла изготовления детали [2].

Вся классификация представлена на рисунке 1.1.

Токарные станки





по высоте

центров




мелкие



средние



крупные






по степени

автоматизации



с ручным

управлением


с полуавтомати-

ческим

управлением


с

автоматическим

управлением






по типу



токарно-винторезные


токарные (без

ходового винта)

лобовые


многорезцовые


револьверные


специальные


токарные автоматы и полуавтоматы
 токарно-карусельные


































одностоечные



двухстоечные


 портатичные


Рисунок 1.1 – Классификация токарных станков


12

   Токарно-карусельные станки в свою очередь делятся на одностоечные и двухстоечные.

     Общий вид двухстоечного токарно-карусельного станка представлен на рисунке 1.2.











































Рис. 1.2 – Общий вид двухстоечного токарно-карусельного станка


















13

2. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВУХСТОЕЧНОГО ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА

2.1.	Назначение	и	область	применения	двухстоечного	токарно-

карусельного станка



     Двухстоечные токарно-карусельные станки предназначены для обработки разнообразных изделий из чёрных и цветных металлов в условиях мелкосерийного и серийного производства.

На станке можно производить следующие операции:

Обтачивание цилиндрических и конических поверхностей; Растачивание цилиндрических и конических поверхностей;
Обтачивание плоских торцевых поверхностей правым и левым суппортами, кроме того, правым вертикальным суппортом можно производить обтачивание плоских торцевых поверхностей с поддержанием ступенчато-постоянной скорости резания на получистовых режимах;

Сверление, зенкерование и развертывание; Прорезание канавок и отрезку [3].

2.2. Принцип работы двухстоечного токарно-карусельного станка Базовые детали станков обладают достаточно высокой жесткостью, что
в сочетании со значительной мощностью привода главного движения обеспечивает высокопроизводительную обработку заготовок деталей на силовых и скоростных режимах резания.

     Поперечина может перемещаться вверх-вниз по направляющим стоек и фиксироваться в нужном положении в зависимости от высоты обрабатываемой заготовки. Верхние суппорты перемещаются по
14

горизонтальным направляющим поперечины, ползуны — по вертикали в направляющих поворотных салазок. Ползун может быть установлен под углом к оси вращения планшайбы для обработки конических поверхностей. Планшайба вращается от регулируемого электродвигателя постоянного тока через двухступенчатый редуктор. Регулирование частоты вращения электродвигателя — бесступенчатое посредством тиристорного преобразователя. Переключение диапазонов частот вращения производится двумя электромагнитными муфтами. Шпиндель, жестко соединенный с планшайбой, вращается на двухрядных радиальных роликовых подшипниках, внутренние кольца которых имеют посадочные конические отверстия, обеспечивающие возможность регулирования зазора и создания натяга с целью достижения необходимой точности вращения планшайбы. Планшайба опирается на плоские круговые направляющие скольжения с гидродинамической разгрузкой. Рабочие перемещения суппортов осуществляются от редуктора привода главного движения через восемнадцати ступенчатые коробки подач, установочные перемещения — от асинхронных электродвигателей, расположенных на коробках подач. Величина рабочих подач, скорость установочных перемещений и направлений перемещений суппортов изменяются при помощи электромагнитных муфт. Органы управления станком (кнопки, переключатели, специальные лампы) сосредоточены в основном на подвесном пульте[4].

2.3 Устройство двухстоечного токарно-карусельного станка КС-697

(1525)



      Расположение частей двухстоечного токарно-карусельного станка (рисунок 2.1) позволяет оценить эргономические свойства станка, а так же его ремонтопригодность и удобство в эксплуатации [3].

15

































Рис. 2.1 – Расположение составных частей токарно-карусельного станка

       1 – стойки; 2 – механизм передачи движения на подачу; 3 – коробка скоростей; 4 – кожух; 5- стол; 6 – планшайба; 7 – поперечина; 8 – механизм перемещения поперечины; 9
– правый вертикальный суппорт; 10 – левый вертикальный суппорт; 11 – механизм

ручного перемещения суппортов; 12 – коробка подач левая; 13 – коробка подач правая; 14

– подвесной пульт управления; 15 – подвеска подвесного пульта управления;  16 – указатель мощности; 17 – электрошкаф


     Расположение органов управления двухстоечным токарно-карусельным станком представлено на рисунке 2.2.
















16




































Рис.2.2 – Расположение органов управления двухстоечным токарно-карусельным станком

1 – рукоятка подключения станка к электросети; 2 – подвесной пульт управления; 3

– винт крепления вертикального суппорта на направляющих поперечины; 4 – винт крепления ползуна вертикального суппорта в направляющих суппорта; 5 – гайки
 крепления поворотных салазок вертикального суппорта; 6 – квадрат червяка установки ползуна под углом; 7 – клин крепления расцедержавки вертикального суппорта; 8 – винт дополнительного крепления поворотных салазок вертикального перемещения суппорта; 9

– маховичок ручного вертикального перемещения ползуна вертикального суппорта; 10 – маховичок ручного горизонтального перемещения вертикального суппорта; 11 – квадрат винта зажима изделия в кулачках; 12 – указатель нагрузки

Общий вид подвесного пульта управления представлен на рисунке 2.3.








17






























Рис.2.3 – Пульт управления двухстоечным токарно-карусельным станком

1 – кнопка «Общий стоп» станка; 2 – сигнальная лампа «Смазки нет» в главном приводе; 3

– кнопка «Стоп» главного привода; 4 – кнопка «Пуск» главного привода; 5 – кнопка

включения перемещения поперечины вниз; 6 – кнопка включения перемещения поперечины вверх; 7 – переключатель тормоза левого вертикального суппорта; 8 – переключатель рабочих подач и установочных перемещений левого вертикального суппорта; 9 – переключатель подач левого вертикального суппорта; 10 – переключатель направлений перемещений левого вертикального суппорта; 11 – сигнальная лампа – левый вертикальный суппорт в работе; 12 – переключатель ламп освещения; 13 – сигнальная лампа правый вертикальный суппорт в работе; 14 - переключатель направлений перемещений правого вертикального суппорта; 15 - переключатель подач правого вертикального суппорта; 16 - переключатель рабочих подач и установочных перемещений правого вертикального суппорта; 17 - переключатель тормоза правого вертикального суппорта; 18 – переключатель чисел оборотов планшайбы; 19 – переключатель ступенчато-постоянной скорости резания; 20 – кнопка «Пуск» планшайбы; 21 – кнопка «Стоп» планшайбы; 22 – переключатель направления вращения планшайбы; 23 – переключатель толчкового пуска планшайбы.




18

3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДВУХСТОЕЧНОГО ТОКАРНО-

КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА


На токарных станках могут применяться различные виды двигателей.

Рассмотрим основные виды.


3.1.1 Электроприводы постоянного тока ЭПУ1



      В зависимости от своего назначения трехфазные тиристорные электроприводы ЭПУ1 делятся на два вида [15]: электропривод механизма подач и электропривод главного движения станков (исполнение Д). Они могут быть выпущены в нескольких модификациях: нереверсивный ЭПУ1-1
и реверсивный ЭПУ1-2 с двухзонной и однозонной регулировкой скорости с обратной связью по скорости (исполнение М) или с обратной связью ЭДС (исполнение Е).

      Чтобы производилось питание якоря двигателя ТПЯ, необходимо выполнение силовых схем ТП по трехфазной мостовой схеме с силовыми тиристорами на токи до 100А и силовыми тиристорами на токи 200, 400, 630А. Для нереверсивного электропривода требуется один комплект вентилей, для реверсивного – два комплекта. Электродвигатели с трансформаторным питанием выполняются с трансформаторами, включающими в себя две и три обмотки Т с выпрямленным напряжением 115В и 230В и с ограничивающими ток реакторами L с выпрямленным напряжением 230В при напряжении сети 220В. Для двигателей с высоким моментом в якорной сети имеется сглаживающий реактор L1. При обмотке возбуждения двигателя выпрямитель выполняется по одно- и трехфазным схемам выпрямления с диодами. ТП возбуждения используется в двухзонных ЭП. Его выполнение осуществляется по однофазной мостовой полууправляемой схеме с двумя диодами и двумя тиристорами на токи ЭП до 100А и по однофазной управляемой схеме с четырьмя оптронными

19

тиристорами и тиристором защиты на токи ЭП 200, 400 и 630А.

     Для максимально-токовой защиты ЭП с двигателем на токи до 100 А используются плавкие предохранители, выше 100 А - автоматический выключатель [18].

3.1.2 Асинхронный электропривод и коробка скоростей



      На сегодняшний день в отдельных токарных станках по-прежнему используются трехфазные одно- и двухскоростные асинхронные двигатели, которые имеют чисто механическую систему, посредством которой регулируется скорость. Чтобы переключить шестерни коробки скоростей используются электромагнитные фрикционные муфты. Но для различных диаметров обрабатывающего инструмента ступенчатое регулирование угловой скорости не может обеспечить самую оптимальную скорость резания, в связи с чем станок не обеспечивает максимальную производительность. Однако коробка скоростей - это довольно сложная и громоздкая конструкция, стоимость которой растет прямо пропорционально увеличению числа ступеней.

3.1.3 Электроприводы ЭТА-1



      Свое применение электроприводы переменного тока ЭТА-1 находят в различных производственных механизмах, где необходимо плавное регулирование и стабилизация скорости. ЭТА-1 созданы на базе двухфазных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей и тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью [19]. Гальванически статорные обмотки двигателя не связаны, каждая обмотка получает питание от своего преобразователя. Двигатели снабжаются пространственным комплексным датчиком, который содержит бесконтактный тахогенератор и датчик положения ротора, являющийся фотоимпульсивным.

Структура системы автоматического регулирования электропривода 20

является двухконтурной с ПИ-регулятором скорости и внутренним контуром регулирования тока. Системой реализуется частотно-токовый принцип управления асинхронным двигателем. Задающий сигнал и сигнал отрицательной обратной связи по скорости от тахогенератора подается на вход регулятора скорости с задатчика интенсивности. Регулятором скорости на выходе формируется сигнал задания частоты скольжения, подаваемый как сигнал задания тока подается на координатный преобразователь. Координатным преобразователем формируется два сигнала управления на преобразователь частоты.

3.1.4 Электрический привод с вентильным двигателем



      Применение электроприводов фирмы и частотного преобразователя SIMOVERT MASTERDRIVES со встроенным модулем SIMODRIVE 611 U с синхронными двигателями осуществляется в качестве привода главного движения станков - токарных, фрезерных, сверлильных и универсальных. Построение электропривода осуществляется в соответствии со схемой транзисторный преобразователь частоты - синхронный двигатель (ТрПЧ-СД)

с частотно-токовым управлением [20]. Им обеспечивается высокое быстродействие и малые уровни шума и электромагнитных потерь в двигателе.

      Электропривод состоит из: бесколлекторного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов в роторе с тахогенератором, датчиком углового положения ротора (ДПР) (двигатель дополнительно может состоять из встроенного тормоза, терморезистора и пристроенного оптронного датчик пути); блока регулирования; блока питания (питание ЭП производится посредством силового трансформатора или без трансформатора); автоматического выключателя; токоограничивающих резисторов; контактора (магнитного пускателя).
Питание двигателя, контроль частоты напряжения на двигателе и тока

21

в фазах обмотки статора согласно требуемой скоростью и в соответствии с моментом двигателя осуществляет инвертор тока. Это устройство, как и датчик положения, является коллектором (как в двигателе постоянного тока).

      Электропривод управляется посредством двухконтурной системы с пропорционально-интегральным регулятором скорости и безинерционным релейным регулятором тока. Электропривод предусматривает: нулевую защиту от снижения напряжений управления; максимально-токовую защиту и защиты других видов. Все они размещаются в блоке защиты.

3.2.	Исходные	технические	характеристики	токарно-карусельного

станка



     В качестве объекта расчета нагрузок принимается токарно-карусельный станок типа КС-697 (1525). Исходные технические характеристики станка представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1


Исходные технические характеристики двухстоечного токарно-карусельного станка КС-697 (1525)

Наибольший обрабатываемый диаметр, мм
2500





Наибольшая высота устанавливаемого изделия, мм
1600





Наибольшая   масса   устанавливаемого   изделия   в



зависимости от числа оборотов в минуты планшайбы, кг




От 1,6 до 50 об/мин


16000

От 63 до 80 об/мин


8000



Род тока питающей электросети

~380 В, 50 Гц



Габариты станка, мм

5065х5340х4910




Масса станка, кг
35500







22




3.3. Требования к автоматизированному электроприводу и системе

автоматизации



      Предъявляемые требования к электродвигателю связаны с тем, что необходимо получить основные режимы работы, к которым относится пуск, установившееся движение и торможение, с необходимостью получения определенных вспомогательных и наладочных режимов, с необходимостью обеспечить надежную и бесперебойную работу механизма [5].
К электроприводу предъявляются требования, связанные с:

обеспечение плавного пуска двигателя при ограниченном значении момента;

регулированием скорости при постоянной мощности или при постоянном моменте;

обеспечением нагрузки жесткой механической характеристики электропривода при ударном изменении момента;
обеспечение заданного диапазона скорости

(  =

=
80

= 50)











1,6



     Система автоматизации должна соответствовать следующим требованиям:
иметь блокировки и защиты;

обладать минимальными габаритами и массой;

соответствовать требованиям, предъявляемым к технике безопасности;

     обеспечить помехозащищенность и исключать радиопомехи. Основными видами защиты являются:

превышение скорости; перегрузка по току;
отсутствие в силовой и управляющей цепях напряжения;

23

неверное чередование фаз.

К основным видам блокировки относят:

блокировка от самопроизвольного пуска;

блокировка включения привода подачи если привод главного движения отключен.

3.3.	Возможные	варианты	системы	электропривода	и	выбор

оптимального варианта



      Система транзисторный преобразователь - двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ТрП - ДПТ НВ) обладает очень большим быстродействием преобразователя. Тп, являющаяся постоянной времени, не превосходит 0,005 с. при полупроводниковом широтно-импульсном модуляторе. Это значительно расширяет возможности создания при переходе

к системе ТрП - ДПТ НВ быстродействующих электроприводов. Управление такими системами является достаточно простым. Преимущество транзисторного преобразователя перед тиристорным преобразователем заключается в том, что отсутствует режим прерывистых токов, снижающий качество контроля скорости.

      В сравнении с системой ТрП - ДПТ НВ система тиристорный преобразователь - ДПТ (ТП - ДПТ НВ) обладает меньшим количеством ступеней преобразования энергии, способна осуществлять рекуперацию энергии в сеть и имеет больший КПД. Применение системы ТП - ДПТ целесообразно для приводов, чья мощность больше, чем система ТрП - ДТП.

      Но общим недостатком ТП и ТрП при этом является в определенном смысле двигатель постоянного тока, который является дорогим и при этом требует проведения работ по профилактике на щеточно-коллекторном узле.
      Наиболее простой, недорогой и при этом надежный электрический двигатель - это асинхронный короткозамкнутый двигатель, в связи с чем он

крайне интересен для применения в регулируемом электроприводе. В 24

асинхронном электроприводе возможности регулирования, как было установлено, аналогичны возможностям изменения напряжения на якоре двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечены изменением частоты напряжения и тока статорной обмотки. При частотном управлении механические характеристики асинхронного двигателя складываются в зависимости от задач, которые решаются обеспечением требуемой перегрузочной способности и жесткости характеристик во всем диапазоне регулирования скорости. Реализация возможностей осуществима только при условии, что статор двигателя питается от управляемого преобразователя частоты.

      Большее число ступеней - это технически более сложная задача, чем регулирование выпрямленного напряжения, в связи с тем, что это предполагает наличие дополнительных ступеней преобразования энергии.

      Наименьшее количество ступеней преобразования энергии имеют вентильные преобразова.......................