2.3. Определение функциональной схемы электропривода и выбор ее основных элементов.

Функциональную схему системы управления электроприводом при заданном диапазоне регулирования скорости выбирают из условия обеспечения требуемой точности регулирования в установившихся режимах.

В [2] отмечается, что в установившихся режимах статизм ме-ханических характеристик главного электропривода продольно-стро-гального станка во всем диапазоне регулирования скорости не должен превышать 5 % при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. С учетом того, что электропривод должен обеспе­чивать достаточно широкий диапазон регулирования скорости, ука­занное требование к точности регулирования может быть выполнено только лишь в результате применения замкнутой системы управляемый преобразователь - двигатель (П-Д) с главной отрицательной обратной связью по скорости.

В настоящее время основным видом преобразователей систем П-Д постоянного тока являются тиристорные преобразователи (ТП). Динамические свойства таких систем можно корректировать различными способами. На рис. 2а приведена принципиальная схема замкнутой системы ТП-Д, в которой точность ре­гулирования обеспечивается выбором соответствующей величины коэффициента усиления, а качество регулирования - с помощью после­довательного корректирующего устройства (КУ), включаемого в пря­мом канале управления системы.

б)

Рис. 2

а) система с последовательной коррекцией;

б) система подчиненного регулирования

Магнитный усилитель (МУ) осущест­вляет алгебраическое суммирование сигнала задания и сигнала обратной связи , а также усиливает сигнал ошибки регулирования . Сигнал обратной связи снимается с выхода тахогенератора BR. Резистор служит для регулировки коэффициента передачи обратной связи, дроссель LR ограничивает пульсации выпрямленного тока ТП.

На рис. 2б приведена функцио­нальная схема системы подчиненного регулирования (СПР), в кото­рой требуемые точность и качество регулирования обеспечиваются с помощью соответствующего выбора структуры и настроек регулятора тока _AS и скорости _AV. Сигнал обратной связи по току снимается с выхода датчика тока _US.

В пояснительной записке необходимо дать краткую характерис­тику одной из систем, сформулировать цель управления, пояснить применяемый принцип управления и указать функциональное назначе­ние каждого элемента системы.

2.3.1. Расчет мощности и выбор двигателя

Характерными режимами работы главного электропривода продольно-строгального станка является длительный и повторно-крат­ковременный режимы. Оба режима протекают при переменной нагрузке. Предварительное определение точности двигателя проводится без учета переходных процессов по максимальным величинам усилия и скорости резания (интервал на рис. 1).

В этом случае мощность на валу двигателя

.

Номинальная мощность двигателя во всем диапазоне изменения скорости стола

, ( 7)

где - коэффициент запаса, учитывающий переходные режимы работы двигателя.

По величине по справочнику [5] выбирается ближайший больший по мощности двигатель постоянного тока единой серии П. В случае необ­ходимости можно применять двухдвигательный электропривод. При этом оба двигателя должны иметь одинаковые номинальные данные.

По номинальной скорости (об/мин) определяется угловая скорость двигателя

(8)

По величине и соответствующей ей максимальной скорости перемещения стола определяется радиус приведения механического передаточного устройстве главного электропривода

(9)

Для проверки выбранного двигателя по нагреву необходимо рас-считать параметры нагрузочной диаграммы, т.е. величины моментов, развиваемых двигателем на отдельных интервалах цикла и длитель­ность каждого временного интервала (см. рис. 1).

Номинальный момент двигателя равен

(10)

Величина допустимого момента выбирается в пределах . Величины и рассчитываются соответственно по формулам (2) и (4) .

Величина пути, проходимого столом на 2, 5, 7 и 8 интервалах, определяется условиями выполнения соответствующих технологичес­ких операций. Рекомендуется принимать ее в пределах м. Тогда длительность 2 и 3 временных интервалов равна

(11)

Длительность 7 и 8 интервалов равна

(12)

Длительность 1, 4, 6, 9, 10 и 12 интервалов диаграммы, в тече­ние которых двигатель работает в переходных режимах, можно рас­считать, восполъзовавшись уравнением движения электропривода

(13)

где - суммарный приведенный момент сопротивления, величина которого зависит от того, на каком временной интервале тахограммы работает двигатель; - суммарный приведенный момент инерции механической части электропривода, в нашем случае (см. кинематическую схему станка):

(14)

где - учитывает моменты инерции элементов механического передаточного устройства; - момент инерции двигателя; - масса поступательно движущихся частей.

В процессах разгона и торможения двигатель работает с постоянным моментом, равным . Величина момента сопротивления на любом из участков диаграммы также не зависит от времени. Поэтому длительность любого переходного режима равна

(15)

где - начальная и конечная скорости переходного режима стола Здесь знак "+" перед соответствует ускорению, а знак "-" - замедлению двигателя.

Величина пути, проходимого столом на интервалах 1, 4, 6, 9, 10 и 12 равна

. (16)

Полный путь перемещения стола:

(17)

где - учитывает длину детали.

По величине и величинам путей, проходимым столом на раз­личных интервалах прямого хода, находим величину пути на интер­вале 5:

. (18)

Аналогично для 11 интервала на обратном ходе:

. (19)

Длительность интервалов 5 и 11 составляет:

(20)

( 21)

Проверка двигателя на нагрев производится по методу экви­валентного момента [6]. Эквивалентный момент по рассчитанной нагрузочной диаграмме определяется по выражению

(22)

где - число интервалов нагрузочной диаграммы - ; - величина момента на -ом интервале; - длительность -го интервала.

Если условие не выполняется, необходимо принять двигатель большей мощности и повторить расчет.