МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

Дослідження електропривода подачі металорізального верстата за системою тп-д методичні вказівки

до лабораторної роботи з курсу "Автоматизований електропривід

металорізальних верстатів" для студентів спеціальності 7.05.07.02.04 "Електромеханічні системи автоматизації та електропривід"

Затверджено на засіданні кафедри електропривода і автоматизації

промислових установок. Протокол № б від 13.01.20]2 р.

Львів 2012

Дослідження електропривода подачі металорізального верстата за системою ТГІ-Д: Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу "Автоматизований електропривід металорізальних верстатів" для студентів спеціальності 7.05.07.02.04 "Електромеханічні системи автоматизації та електропривід" / Укл.: Л.С. Копчак, В.Б. Цяпа. - Львів: Видавництво Львів­ської політехніки, 2012. - 20 с.

Укладачі Копчак Л.С., канд. техн. паук, доц.

Рецензенти

Цяпа В.Б., ст. викл.

Відповідальний за випуск Лозинський О.Ю., д-р гехн. наук, проф.

Маляр А.В., д-р техн. наук, проф., ГТанченко Б.Я., канд. техн. наук, доц.

Лабораторна робота № 1

Дослідження електропривода подачі металорізального верстата за системою тп-д

Механізми подач сучасних металорізальних верстатів, які переважно обладнуються системами числового програмного керування (ЧПК), ставлять до електроприводів комплекс жорстких вимог щодо діапазону регулювання швидкості, часу пуску та гальмування тощо. За складністю вимог ці електро­приводи займають одне з перших місць не тільки серед електроприводів верстатів, але й серед електроприводів інших промислових механізмів. Для приводу механізмів подач застосовуються, зокрема, такі сучасні системи приводів:

1. електропривід постійного струму за системою "тиристорний перетво­рювач-двигун" (ТП-Д);

2. імпульсний електропривід постійного струму;

3. асинхронний електропривід;

4. електропривід з кроковим двигуном;

5. електропривід з вентильним двигуном.

Кожен з цих електроприводів має свої особливості і сферу застосування. Сьогодні найбільше поширення набув електропривід постійного струму за системою ТГІ-Д, що пояснюється його відносною простотою та непоганими техніко-економічними показниками.

Мета роботи - ознайомлення зі структурою і принципом дії електро­привода механізму подачі металорізального верстата за системою ТП-Д, а також оволодіння методами налагодження та дослідження такого електро­привода.

І. Основні відомості

Електроприводи подач постійного струму виконуються, як правило, з застосуванням двигунів постійного струму нормального виконання з вмонто­ваним тахогенератором (серії ПБСТ, ПСТ). Для швидкодіючих приводів найперспективніші спеціальні малоінерційні двигуни (з гладким якорем серії ГІГТ або дисковим друкованим якорем) і високомоментш двигуни з використанням керамічних магнітів з номінальними моментами 7-175 Нм, які мають підвищену кратність максимального моменту і забезпечують потрібні для механізмів подачі прискорення.

Магніти витримують 10-15-кратні пікові моменти без розмагнічування. Значна маса і теплоємність ротора дають змогу достатньо легко (до ЗО хв) витримувати значні перевантаження.

У приводах з високомоментними двигунами в багатьох випадках не стало необхідності у використанні редуктора, або значно спростилась його конструкція. Тому приводи подачі сучасних верстатів з ЧІІК виконують з короткою кінематичною ланкою. Як правило, приводний високомоментний двигун зв'язаний з ходовим гвинтом жорстко, або за допомогою одноступінчастого редуктора, у конструкції якого передбачена можливість вибору люфту у зубчастому зачепленні. Так у приводах подач верстатів з ЧІІК широко застосовуються передачі гвинт-гайка. Передача складається із гвинта, гайки, комплекту кульок та пристроїв для їх повертання. Кульки переміщаються між гвинтом і гайкою в замкненому контурі (витку). Кульки дають можливість затягувати гайку у такий спосіб, щоб зменшувати до мінімуму люфт у передачі.

Спрощення конструкції механізму зменшує його динамічні навантаження та вплив на перехідні процеси.

Електроприводи подач виконують встановлювальні (швидкі та повільні) рухи, необхідні для приведення робочих органів у задане положення з мінімальними витратами часу і з максимальною точністю. Швидкі уста­новочні рухи здійснюються зі швидкістю до 6-10 м/хв. Повільні установочні рухи - зі швидкостями 1-5 мм/хв. Отже, потрібні діапазони регулювання електроприводів подач сучасних верстатів, зокрема верстатів з ЧГІК, досягають значень Б - 10000 і більше за високих вимог до статичних характеристик, швидкодії та якості перехідних процесів електропривода. Для більшості з універсальних верстатів є достатнім повний діапазон регулю­вання О -1000-2000 і менше.

Відомо, що діапазон О регулювання кутової швидкості визначається відношенням можливих усталених швидкостей: максимальної со_тах до міні­мальної со_тіп

^{Г) =} ®тах/®шт

за заданої точності регулювання (з заданим статичним падінням швидкості) для встановлених меж зміни моменту навантаження та інших збурень.

Нормами, які встановлені для електроприводів механізмів подач верстатів з ЧПК, регламентуються такі похибки регулювання швидкості:

1. сумарна Л_Е;

2. у разі зміни навантаження Д_н ;

3. у разі зміни напрямку обертання Л_Р.

Сумарна похибка регулювання швидкості дорівнює сумі похибок: Д_н - за зміни навантаження від 0,15 М_ном до М_ном; Д_и - за зміни напруги мережі від 0,9и_ном до 1,1и_ком; А_т - за зміни температури навколишнього середовища від 20 до 45 °С та у разі нагріву електропривода до усталеної температури за моменту двигуна, що дорівнює М_ном :

Д_І=Д_н+Л_т+Л_и, (І)

де

15М ~ ®0 'ЇМ ⁰⁾М ~ «0 5М

Д_Н] = — • 100%; Д_Н2 = • І00%; (2)

^с°0.5М_ном ^С00.5М_ном

^І.ІП _1ЛЛП. _д ^о^п ~®и_{нгм ІЛЛП},

д _{и] =} . 100%; А _и2 = — — ■ 100%; (3)

СОт

д _{т =} Л)_ . ₁₀₀о_/о _ ₍₄₎

^ю20°

Під час розрах"к^у и (1/ підстав^гт<і^іо^ггііг'⁰ ^иигрииа л

або Д_и2 і Д_Н1 або Д_Н2 .

Нормується також коефіцієнт нерівномірності кутової швидкості

іг _ ^ ®шах ^— ®шіп _ґс\

®тах ⁺ ®гтп

де а)'_тах, оУ_тіп - максимальне та мінімальне значення миттєвої кутової

один оберт та похибки к^утоіїоі ніврїдкості v зтіня напряг

обертання

^влшо-100%, (6)

^вправо ⁺ ® вліво

У табл. 1 наведені допустимі значення цих похибок залежно від ВІДНОСНОГО значення ШВИДКОСТІ СО -«_ті_п/ю_тах , тобто величини, оберненої до діапазону регулювання Б.

Для широкорегульованих тиристорних електроприводів подач верстатів з ЧПК на базі високомоментних та малоінерційних електроприводів встановлений ряд додаткових технічних вимог, зокрема:

1. Вводиться поняття діапазону зміни швидкості встановлювальних рухів

Оу ~®тах/®тіп ■ де со_тт - найменша кутова швидкість, за якої К_н < 0,4.

Таблиця І

Допустимі похибки для електроприводів подач верстатів з ЧГІК

Відносне значення швидкості о/(1Д>)	Допустима похибка кутової швидкості, % установочної швидкості			Коефіцієнт нерівномірності кутової швидкості К.Ц
	сумарне Ді	у разі зміни навантаження Лн	у разі зміни напрямку обертання ЛР
1	-ь о	ч- 0 5	+ 0,5	0,1
0,1	± 10	±2	±2	0,1
0,01	+ 15	±5	і 5	0,2
0,001	-г 25	± 10	± 10	0,25
0,0001	+ 30	± 15	± 15	0,3

2. Нормується середнє значення прискорення приводу при пуску на номінальну швидкість обертання п_ном ~ 1000 об/хв при додатковому моменті інерції, близькому до сумарного моменту інерції двигуна, і при наявності давачів швидкості та шляху, яке повинно бути не менше, ніж вказано у табл. 2.

Таблиця 2 Нормовані значення прискорення

Тривалий момент двигуна М Ті м д' ' * "* '	Середнє значення при­скорення електропривода, пяп/с' НР МРШТТР - , — —
0,5- 1,7	3500
2,3 10,0	3000
13 23	2000
35 - 70	1300
100-350	1000

Якщо значення номінальних швидкостей обертання електропривода відмінні від п_ном -- 1000 об/хв, середні прискорення змінюються пропорційно до кратності зміни номінальної частоти обертання, тобто п_ном/1000. Середнє значення прискорення визначається як відношення кутової швидкості при 0,63 п_ном до часу від моменту подачі напруги керування до досягнення даної швидкості.

3. Значення перерегулювання при пуску на номінальну швидкість не повинно бути більше ніж 10 %.

4. Смуга пропускання замкненого контура швидкості у разі додаткового моменту інерції повинна бути не меншою, ніж 20 Гц.

5. Напруга керування ±10 В при вхідному опорі не менше, ніж 2 кОм.

6. Крутизна характеристики тахогенератора повинна бут не меншою, ніж 20 В при 1000 об/хв.

Амплітуда пульсацій вихідної напруги тахогенератора повинна бути не більшою: для швидкостей обертання п_ном= 1 %; 0,1 п_ном= 2 %; 0,01 п_вом— 3 %; 0,001 п_ном= 5 %; 0,0001 п_ном= 10 %. Амплітуда пульсацій визначається за формулою

тп

AU = ^S--100%, (7)

U

^ сер

де U_m - амплітуда змінної складової; U_cep - середнє значення напруги тахогенератора.

Силова частина приводу подачі виконується, як правило, за системою ТП-Д з реверсивним тиристорним перетворювачем у колі якоря. У зв'язку з порівняно невеликою потужністю приводів подач широке застосування знайшли однофазні перетворювачі. З метою зменшення масо-габаритних показників приводу застосовується, переважно, роздільне керування групами тиристорів.

Першою з істотних особливостей електропривода з тиристорним перетво­рювачем, що має роздільне керування, є наявність значної зони переривчастих

Вимоги щодо регулювання швидкості задовольняються, як правило, у межах двоконтурної системи підпорядкованого регулювання з контурами регулювання струму та швидкості (рис. 1). Причому, ва відміну від стандарт­ної структури, приймаються додаткові схемні рішення, які враховують специфічні особливості приводу.

Рис. І. Структурна схема електропривода подачі за системою ТП-Д

струмів. Це викликає труднощі налагодження струмового контура, і може статися, що стандартні налаштування контура реалізувати не вдається.

Існують три основних напрями вирішення цієї задачі: а) використання адаптивного регулятора струму; б) створення підпорядкованого контура реіу- лювання напруги перетворювача; в) лінеаризація статичних характеристик за допомогою компенсації недінійності режиму переривчастих струмів.

У зв'язку з простотою реалізації найпоширенішим став останній спосіб. Він реалізуються за рахунок ввімкнення нелінійної ланки ТІЛІ на виході регулятора струму PC (рис. 1). Характеристика НЛ1 обернена до характе­ристик тиристорного перетворювача. Отже, добуток коефіцієнтів підсилення нелінійної ланки К_нл1 та тиристорного перетворювача К_тп с сталою величиною К_нл1 -К_тп = const.

Другою істотною особливістю приводів подач є відносно невелика електромеханічна стала часу приводу Т_м порівняно з електромагнітною сталою Т_я якірного кола. Відомо, що за Т_м < 4Т_Я за рахунок дії проти ЕРС двигуна 3wcnmyt іь^л кисфщіьт заПиБІїсїнїл СЛрумОтл ДішраМй, ти. відповідно, приводить до збільшення часу перехідних процесів.

Цей негативний вплив компенсується введенням на вхід тиристорного перетворювача через нелінійну ланку HJ12 додатного зворотного зв'язку за швидкістю (ЕРС). Завдяки цьому вхідна напруга U_HJll нелінійної ланки НЛІ забезпечує складову ЕРС перетворювача, яка дорівнює спадковій напрузі на якірному колі від струму якоря, а напруга U_ilJl2 нелінійної ланки НЛ2 - складову, яка дорівнює ЕРС двигуна.

Для забезпечення астатичної характеристики за вхідним впливом та збуренням у каналі навантаження регулятор струму (PC) та швидкості (РІП) прийняті пропорційно-інтеїральними. У виразах їх передавальних функцій прийняті такі позначення:

Т_с =а_с Т_гп - нескомпенсована стала часу контура регулювання струму (а_с - коефіцієнт демпфування контура струму);

а_ш,Ь_ш - коефіцієнти, які визначають ступінь коливальності контура регулювання швидкості.

Сигнал завдання швидкості U_3U1 у верстатах з ЧГІК формується цією системою. При цьом*' на систему ЧПК поступає, як правило, сигнал зворотного зв'язку від давача положення привода.