1. Требования к системе управления электроприводом

1.1 Технические данные электродвигателя

В соответствии с заданием в проекте будет использоваться двигатель типа: АИР100L2. Двигатели серии АИ основного исполнения предназначены для привода общепромышленных механизмов для работы от сети трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц. Двигатели имеют улучшенные показатели, в число которых входят:

- вероятность безотказной работы за 20 000 часов наработки не более 0,9;

- установленный срок службы до списания не менее 15 лет, но не более 45 000 часов;

- средний срок службы до капитального ремонта не менее 10 лет, но не более 20 000 часов.

Двигатели серии АИ в отличие от АД серии 4А имеют: улучшенные энергетические показатели, улучшенные пусковые характеристики, повышенные показатели надёжности, улучшенные виброакустические характеристики (уровень шума снижен по сравнению с серией 4А на 10 – 15 дБ), сниженный расход активных материалов (меди – на 2,5%, электротехнической стали – на 4%), сниженную массу АД и конструктивных материалов соответственно на 10 – 15 и 15 – 20%.

Параметры асинхронного двигателя из интернет портала :

- номинальная мощность двигателя Р_н =5,5 кВт;

- номинальное напряжение U_н=380 В;

- номинальное скольжение S_н=5 %;

- номинальный КПД: _н=87 %;

- номинальная частота вращения n _н =2850 об/мин;

- синхронная частота вращения n=3000 об/мин;

- номинальный коэффициент мощности cos _н=0,88;

- кратность максимального момента: М_max/M_н=2,2;

- кратность минимального момента: М_min/М_н=1,6;

- кратность пускового момента: М_п/М_н=2;

- кратность пускового тока: I_п/I_н=7,5;

- момент инерции J_дв=0,04 кгм²;

высота оси вращения двигателя h=100 мм.

1.2 Требования к системе управления электроприводом.

Требования к системе управления электроприводом определяются характером выполняемых системой задач. Для системы автоматического управления положением такой задачей является отработка перемещения в заданную конечную точку с требуемой точностью (допустимой погрешностью) и за определенное минимальное время. Таким образом, основными определяющими факторами являются точность системы и ее быстродействие, параметры системы которые строго противоречат друг другу. Увеличение быстродействия системы зачастую может приводить к снижению точности, так как в значительной мере сказывается влияние переходных процессов в электроприводе. Кроме того, говорить о требованиях к СУЭП стоит исходя из анализа областей работы системы в статике и динамике. То есть необходимо предварительно произвести оценку условий работы системы. Также необходимо учесть и общие технологические, конструкционные, экономические и энергетические требования, как обязательные при разработке любых СУЭП. Требование технического задания – обеспечить допустимую статическую ошибку позиционирования δ=0,1 мм, диапазон перемещений от 0,001 м до 1 м. При этом момент нагрузки является активным и изменяется в широком диапазоне.

Как уже было отмечено выше для уточнения требований, предъявляемых к конкретной системе управления необходимо осуществить оценку диапазона изменения статического и динамического моментов. Произведем необходимые расчеты и выполним построение областей работы системы в статике и динамике. Обобщенная кинематическая схема электропривода представлена на рисунке 1.1:

Рисунок 1.2.1 – Кинематическая схема электропривода.

Кинематическая схема ЭП представлена на рисунке 1.2.1

(1.1)

Номинальный момент электродвигателя:

(1.2)

Выбор муфт и механического тормоза:

Поставим две муфты упругие фирмы Poly Norm. Эти муфты устойчивы на пролом и хорошо гасят колебания. Они состоят из 3 частей: двух ступиц и кольца эластатора. Муфты выбираются по моменту.

Муфта на быстроходном валу выбирается по номинальному моменту:

Муфта на тихоходном валу выбирается по моменту на тихоходном валу:

(1.3)

Технические данные муфт POLY NORM AR

Таблица 1.2.1 - Технические данные муфт POLY NORM AR.

Рисунок 1.2.2 – Схема муфты POLY NORM AR.

Момент инерции муфты на тихоходном валу:

(1.4)

Момент инерции муфты на быстроходном валу:

(1.5)

Поставим механический тормоз фирмы INTORQ типа BFK457-06-12

Таблица 1.2.2 - Технические данные механических тормозов фирмы INTORQ.

Рисунок 1.2.3 – Схема механического тормоза BFK457-06.

Момент инерции механического тормоза:

(1.6)

Радиус приведения:

(1.7)

Приведенный момент механизма:

(1.8)

где F_мех – механическая сила, Н;

Приведенный момент нагрузки минимальный:

(1.9)

где – сила нагрузки минимальная (активная), Н.

Приведенный момент нагрузки минимальный:

(1.10)

Суммарный момент инерции системы:

(1.11)

(1.12)

Диапазон регулирования:

(1.13)

, , (1.14)

где – статическая ошибка ,

k – коэффициент, принимаемый исходя из быстродействия, принимаем k=4,

– малая некомпенсированная постоянная времени, принимается из диапазона , принимаем с.

Согласно (1.9) и (1.10) получаем выражение для диапазона регулирования:

(1.15)

Определим линейную скорость по формуле (1.12):

(1.16)

Время отработки перемещения определим по формуле:

(1.17)

Расчетная механическая схема электропривода представлена на рисунке 1.2.4

Рисунок 1.2.4 – Расчетная механическая схема ЭП

Приведенный момент механической передачи:

(1.18)

Момент нагрузки, приведенный к валу двигателя:

(1.19)

Максимальный момент двигателя:

(1.20)

Минимальный момент двигателя:

(1.21)

Приведенный момент инерции к валу двигателя:

(1.22)

_{Определим работу двигателя в статике}

Найдем статический момент:

(1.23)

Рисунок 1.2.5 – Область статической нагрузки при работе ЭП.

Определим работу двигателя в динамике.

Определим динамический момент без учета момента нагрузки:

(1.24)

Рисунок 1.2.6 – Область динамического момента ЭП.