- •Глава 11. Основы проектирования автоматизированных электроприводов производственных механизмов
- •11.1. Общие требования, предъявляемые к электроприводу
- •11.2. Последовательность проектирования электропривода
- •11.3. Нагрузочные диаграммы и тахограммы
- •11.4. Расчет мощности и выбор типа электродвигателя
- •Метод эквивалентного тока
- •Метод эквивалентного момента
- •Метод эквивалентной мощности
- •Повторно-кратковременный режим
- •11.5. Основные системы регулируемого электропривода
- •Основные системы регулируемого электропривода
- •11.6. Комплектные электроприводы
- •Контрольные вопросы
11.2. Последовательность проектирования электропривода
Проектирование электропривода производится обычно в следующей последовательности:
разработка требований, предъявляемых к электроприводу;
расчет статических нагрузок и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы движения рабочего органа производственного механизма;
выбор системы электропривода на основании предварительного технико-экономического анализа;
выбор безредукторного или редукторного привода с определением передаточного числа механической передачи;
выбор типа приводного электродвигателя;
предварительный выбор электродвигателя по мощности и номинальной скорости вращения;
расчет динамических нагрузок и построение нагрузочной диаграммы электропривода;
проверка электродвигателя на нагрев, перегрузочную способность и по условиям пуска;
выбор и расчет полупроводниковых преобразователей для питания электродвигателя;
разработка функциональной и принципиальной схем электропривода;
составление структурной схемы и расчет регуляторов системы автоматического регулирования;
расчет или моделирование переходных процессов электропривода.
11.3. Нагрузочные диаграммы и тахограммы
Основой для выбора электропривода и расчета его мощности являются нагрузочные диаграммы и диаграмма скорости (тахограмма) (рис.11.1). Нагрузочной диаграммой производственного механизма называется зависимость приведенного к валу двигателя момента сопротивления движению Мс (статического момента) от времени Мс=f(t). Эта диаграмма рассчитывается на основе данных, характеризующих работу машины (механизма).
Нагрузочная диаграмма электропривода – это зависимость момента, развиваемого двигателем от времени. Она рассчитывается как алгебраическая сумма статического и динамического моментов М=Мс+Мдин=f(t). Тахограмма – это зависимость скорости рабочего органа машины или вала двигателя от времени .
Реальные нагрузочные диаграммы могут существенно отличаться от расчетных. Это связано с различной загрузкой машин, опытом машиниста и многими другими факторами. Однако всегда можно выделить наиболее вероятные производственные циклы работы механизма, по которым и следует производить расчет элементов электропривода.
Пример 11.1. Построить тахограмму движения и нагрузочные диаграммы механизма и привода подъема башенного крана. Цикл работы состоит из подъема груза массой 500 кг и спуска пустого крюка. Кпд передачи 0,9, диаметр барабана 0,6 м, номинальная скорость двигателя 60 1/с, скорость подъема 1 м/с, скорость спуска крюка 2 м/с (при ослабления поля двигателя). Момент инерции якоря двигателя и механизма (без груза), приведенный к валу двигателя – 0,2 кгм2, высота подъема 20 м.
Решение.
Найдем передаточное отношение от вала барабана к валу двигателя
.
Статический момент на валу двигателя при подъеме груза
Н.м.
Момент сопротивления движению при спуске крюка – момент потерь в передаче (ориентировочно)
Н.м.
3. Найдем параметры тахограммы движения, полагая ускорение и замедление м/с2;
с; с;
с; с;t0=15с.
Тахограмма показана на рис.11.2.
Приведенная к валу двигателя масса груза
кг.м2.
Суммарный момент инерции при подъеме груза
кг.м2.
Моменты на валу двигателя
При подъеме груза:
Н.м
М2=Мс=91Нм
Н.м
При спуске груза:
Н.м
Н.м
Н.м.
Нагрузочная диаграмма представлена на рис.11.2.
Для примера на рис.11.3 представлена тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода стола продольно-строгального станка [14]. Рабочий ход станка – прямой, во время которого резец обрабатывает закрепленную на столе деталь. Обратный ход является холостым, поэтому его скорость принимается больше скорости холостого хода.
Работа станка начинается с разгона стола с обрабатываемой деталью до скорости V1 (время t1). При этом двигатель развивает максимально допустимый момент М1=Ммакс. Момент нагрузки в этом режиме равен Мс2, соответствующим усилию , где:Gc, Gg вес стола и детали, - коэффициент трения. Резец входит в деталь на установившейся скоростиV1 (время t2). На участке t2 скорость стола и двигателя ω1=const. Скорость при врезании не должна превосходить заданного по условиям технологии значения.
На участке t3 усилие (- усилие резания), а моментМ3 соответствует усилию F3, резец находится в соприкосновении с деталью. Далее стол разгоняется до скорости прямого хода Vпр(ωпр) под действием момента Мдин=Ммакс-М3, который существенно меньше динамического момента при разгоне стола до соприкосновения резца с деталью (время t1).
На участке t5 имеет место режим работы на установившейся скорости, М5=М3. На участке t6 осуществляется торможение привода стола до скорости V1(ω1), на которой резец выходит из детали. При торможении двигатель развивает максимальный момент М6=Ммакс. На участке t7 стол движется в прямом направлении со скоростью V1(ω1), на которой резец выходит из детали. Затем осуществляется реверс привода. Скорость движения стола в противоположном направлении Vобр выбирается в 2...3 раза большей, чем в прямом направлении. Разгон станка и его торможение производится при моменте Ммакс двигателя. Усилие на участках обратного хода обусловлено только трением в направляющих . По окончании обратного хода дается команда на разгон электродвигателя в прямом направлении.