Курсач (ТЭП, 8 сем, Поехавший, ЭЛ-100-500)
.pdf
НИУ «МЭИ» Кафедра Автоматизированного Электропривода
Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
«Электропривод планшайбы токарно-карусельного станка»
Группа: ЭЛ-01-09
Студент: ПАХОМ Вариант: Я БАНКИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИИР
Консультанты: Благодаров Д.А.
Сафонов Ю.М.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................................ |
2 |
||
1 |
СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ СХЕМЫ И ПРИВЕДЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ К ВАЛУ ДВИГАТЕЛЯ....... |
3 |
|
2 |
ПОСТРОЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ......................................................................................... |
7 |
|
|
2.1 |
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ СКОРОСТИ ПЛАНШАЙБЫ ПО УПРАВЛЯЮЩЕМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ .................................... |
8 |
|
2.2 |
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ СКОРОСТИ ПЛАНШАЙБЫ ПО ВОЗМУЩАЮЩЕМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ .................................. |
9 |
3 |
ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЕ УТОЧНЁННЫХ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.............. |
12 |
|
|
3.1 |
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ СКОРОСТИ ПЛАНШАЙБЫ ПО УПРАВЛЯЮЩЕМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ .................................. |
18 |
|
3.2 |
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ СКОРОСТИ ПЛАНШАЙБЫ ПО ВОЗМУЩЕНИЮ .............................................................. |
19 |
4 |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И |
|
|
ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ............................................................................................ |
22 |
||
|
4.1 |
МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО ФОРМУЛЕ КЛОССА ................................................................................ |
23 |
|
4.2 |
ЛИНЕАРИЗОВАННАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ................................................................................... |
25 |
5 |
СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ В ОСЯХ ОБОБЩЁННОЙ МАШИНЫ ...................................................... |
28 |
|
6 |
ВЫБОР СИЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ................................................................................................... |
33 |
|
|
6.1 |
ЛИНЕЙНЫЙ ЗАКОН РЕГУЛИРОВАНИЯ.................................................................................................................. |
34 |
|
6.2 |
НЕЛИНЕЙНЫЙ ЗАКОН РЕГУЛИРОВАНИЯ.............................................................................................................. |
35 |
|
6.3 |
ПОГРЕШНОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ ....................................................................................................................... |
37 |
7 |
ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС В РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЕ......................................................................... |
38 |
|
8 |
РАСЧЁТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИВОДА ........................................................................ |
41 |
|
ВЫВОД ..................................................................................................................................................................... |
45 |
||
1
Введение
В курсе «Теория электропривода» содержание максимально обобщено и абстрагировано от частных особенностей применяемой техники управления, а также требований технологии использования машины, для которй проектируется электропривод. Выполнение курсового проекта имеет цель закрепить освоение следующих разделов курса:
1)выбор двигателей и силовых преобразователей, проверка их по нагреву и по перегрузочной способности;
2)регулирование момента и скорости в разомкнутой системе электропривода, переходные процессы;
3)расчёт параметров и анализ свойств электропривода постоянного и переменного тока в системе «управляемый преобразователь – двигатель»
(УП-Д);
4)анализ влияния упругостей и кинематических зазоров на динамику электропривода.
Исходными данным для проекта являются кинематическая схема технологической установки, нагрузочная диаграмма и тахограмма её работы.
Необходимо спроектировать электропривод рабочего органа установки: выбрать двигатель, преобразователь, обосновать этот выбор. Проверить и проанализировать получившуюся систему, сделать выводы по работе.
2
1 Составление расчётной схемы и приведение параметров к валу двигателя
Описание механизма: данная работа имеет целью спроектировать электропривод для управления планшайбой токарно-карусельного станка. Станок используется для вытачивания металлических деталей больших размеров и массы, то есть происходит процесс резания метала.
Сначала двигатель разгоняется до необходимой скорости и начинает резание цилиндрической детали на определённом диаметре. После того, как необходимый результат достигнут, механизм снижает скорость, чтобы продолжить рез, но уже на другом диаметре. Причём в первом случае диаметр реза меньше, чем во втором,
поэтому момент нагрузки меньше. Так как для процесса резания характерно постоянство мощности, то с ростом нагрузки необходимо пропорционально снижать скорость.
Допустимое ускорение ограничено возможностями двигателя.
Примерный вид нагрузочной диаграммы и тахограммы технологического процесса:
Mc
Момент нагрузки
|
|
IV |
|
II |
|
I |
III |
V |
t1 t2 |
t3 t4 |
t5 |
t6 |
t |
|
|
|
|
ωдв
Скорость двигателя
t1 t’1 |
t3 t4 |
t’6 |
t6 |
t |
Mдв |
|
|
|
|
|
|
|
|
3
Пример детали:
Рисунок 1.1. Пример детали
Исходные данные:
–момент инерции двигателя;
–момент инерции детали;
–момент инерции планшайбы;
–упругость муфты;
–момент сопротивления планшайбы;
–КПД передач
Количество зубьев:
4
J |
|
|
Д |
|
|
С |
М |
Z1 |
|
|
|
Д |
|
|
Z |
|
|
3 |
|
|
|
|
Z |
|
|
2 |
Z |
|
|
4 |
|
|
Z |
|
6 |
Z |
|
|
|
5 |
|
М |
|
пш |
|
J |
|
дет |
Рисунок 1.2. Кинематическая схема
В первую очередь по кинематической схеме нужно составить расчётную механическую схему. Все моменты инерции заменяются прямоугольниками, а
упругости – линиями.
Для упрощения нужно вычислить общее передаточное число всех редукторов:
Далее следует привести все параметры механической части к валу двигателя. На приведенной расчетной механической схеме все моменты инерции заменяются прямоугольниками с площадями, пропорциональными величинам моментов инерции,
а упругости заменяются линиями с длинами, обратно пропорциональными величинам упругостей.
5
|
|
|
С |
|
|
|
Jдв |
м |
|
Jдет |
|||
|
|
|||||
М |
дв |
J |
пш |
М` |
пш |
|
|
||||||
|
|
|
|
|||
ω |
дв |
|
|
ω |
||
|
|
|
|
|
пш |
|
Рисунок 1.3. Расчётная механическая схема
Полученная механическая система является двухмассовой упругой системой.
Определим её основные параметры.
Частота собственных колебаний системы:
√ √
Парциальная частота колебаний первой массы:
√√
Парциальная частота колебаний второй массы:
√√
Коэффициент соотношения инерционных масс:
Вывод: механическая часть представлена как две массы со своими моментами инерции, соединённые через вал с определённой жесткостью. Такая система является колебательной и имеет несколько характерных резонансных частот. Так как момент инерции второй массы значительно больше момента инерции второй, частота
6
колебаний всей системы близка к парциальной частоте колебаний первой массы, а
сами парциальные частоты отличаются в три раза.
2 Построение частотных характеристик
Для определения динамических свойств системы нужно построит её частотные характеристики – амплитудную и фазовую. Для этого следует составить структурную схему системы по её математическому описанию.
Известно, что двухмассовая упругая система описывается следующими уравнениями:
{
Для нашей расчётной схемы эти уравнения будут выглядеть следующим образом:
{
Структурная схема, составленная для этой системы уравнений:
Mдв
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пш |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
с |
M |
12 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
J |
дв |
p |
ω |
дв |
p |
|
|
J ' |
p |
ω |
пш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M12 |
|
|
|
|
|
|
|
M` |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пш |
|
|
|
Рисунок 2.1. Структурная схема двухмассовой упругой системы
Далее можно записать существенные для механической части передаточные
функции. В нашем случае можно рассмотреть влияния изменения моментов двигателя
7
и планшайбы с деталью на скорость планшайбы, так как это будет определять
точность изготовления детали.
2.1 Передаточная функция скорости планшайбы по управляющему
воздействию
Передаточная функция от момента двигателя к скорости планшайбы:
|
( |
|
|
) |
|
Здесь |
√ |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
( |
) |
|
||
Логарифмическая амплитудная функция: |
|
|
|||
Логарифмическая фазовая функция:
{
Значения функций:
|
220 |
|
230 |
|
231 |
|
232 |
|
233 |
|
235 |
|
242 |
|
244 |
|
244.5 |
245 |
|
246 |
|
248 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-54 |
|
-50 |
|
-50 |
|
-49 |
|
-48 |
|
-47 |
|
-36 |
|
-22 |
|
20 |
|
|
-22 |
|
-31 |
|
-39 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
Проверка результатов в MatLAB:
Рисунок 2.1.1 Результаты моделирования
2.2 Передаточная функция скорости планшайбы по возмущающему
воздействию
Для составления передаточной функции от момента планшайбы к её скорости
удобно перестроить структурную схему системы:
M`пш
1
W |
1 |
|
M12
W 2
ωпш
W3
ωдв
Рисунок 2.2.1 Структурная схема двухмассовой упругой системы
9