
диплом 90% / мусор / 1укр
.docx1. Опис електромеханічної системи
Зварювальний автомат АДС-1000-2 (рисунок 1.1) має коригувальний механізм для направлення електрода по шву під час зварювання і для поперечного нахилу головки з мундштуком при зварюванні кутових швів.
Вага трактора без дроту 42 кг, вага електродного дроту 8-10 кг, ємність флюсового бункера 4,5 дм3 ( 10 кг флюсу).
Рисунок 1.1 – Зварювальний автомат АДС-1000-2
Регулювання швидкості зварювання та подачі проводиться плавно шляхом зміни обертів електродвигуна
Зварювальний трактор АДС-1000-2 відноситься до універсальних зварювальним автоматам. Він має автоматичне регулювання швидкості подачі електрода в залежності від напруги на дузі.
Зварювання на цьому тракторі проводиться електродної дротом діаметром від 3 до 6 мм зі швидкістю її подачі від 0,5 до 2,0 м / хв, при зварювальному струмі 400-1200 а я швидкості зварювання від 15 до 70 м / год.
Верхня частина трактора поворотна. Це дає можливість вести зварювання як усередині колії коліс, так і поза нею.
У комплект автомата АДС-1000-2 входять зварювальний трактор, шафа керування і зварювальний трансформатор.
Загальний вигляд зварювального трактора показаний на рис.1.2.
Рисунок 1.2 – Загальний вигляд зварювального трактора АДС-1000-2
Зварювальний трактор складається зі зварювальної головки з бункером для флюсу, касети для електродного дроту, пульту керування і каретки з електродвигуном, що забезпечує переміщення трактора.
Трактор АДС-1000-2 поставляють з трансформатором ТСД-1000-3. Сила зварювального струму регулюється дистанційними кнопками, розташованими на пульті управління трактора. Швидкість зварювання змінюється плавно шляхом зміни числа обертів двигуна постійного струму.
Зварювальна головка складається із механізму подачі електродного дроту з попереднім рихтуванням. Електродний дріт подається електродвигуном 27 типу ДГ з регульованим числом обертів (до 2650 в хвилину). Електродвигун через редуктор, що складається з однієї циліндричної і однієї черв'ячної передач, розміщених в корпусі головки, приводить в обертання ведучий ролик 23. Передаточне число редуктора 160. Діаметр ведучого ролика 46 мм.
Швидкість подачі електродного дроту при напрузі дуги 35 В може регулюватися від 0,5 до 2 м хв.
Електродний дріт притискається до ведучого ролика 23 роликом 13, укріпленим на кінці важеля 12. Сила натискання ролика регулюється натягом пружини 26 гайкою 25. Механізм подачі електродного дроту забезпечує тягове зусилля не менше 60 кг. Для випрямлення електродного дроту служать два додаткових ролика 15 і 16. Ролик 15 встановлюється в положення, що забезпечує необхідний ступінь випрямлення електродного дроту, і закріплюється болтом 24. Механізм рихтує дріт з прогином, що не перевищує 25 мм на 1 м довжини дроту.
Струмопідвод 19 зварювальної головки укріплений на циліндричних напрямних 17 і переміщюється у вертикальному напрямку на 80 мм. Струмопідвод складається з двох струмопідвідних колодок: рухомою і нерухомою. Рухома колодка притискає електродний дріт за допомогою пружин, сила натискання яких регулюється гвинтами 20. Зварювальний кабель під'єднується до нерухомої колодці болтами 22. Для збільшення терміну служби контактних колодок до них кріпляться змінні вкладки. Автомат комплектується змінними вкладишами на електродний дріт діаметром 3-4 мм і 5-6 мм. Струмопідвід закінчується прикріпленою до нього воронкою, що забезпечує концентричну (щодо кінця електрода) подачу флюсу, що надходить в неї з бункера. Спостереження за рухом електрода по шву проводиться за допомогою покажчика 21.
Бункер 11 для флюсу укріплений з бічної сторони головки і з'єднується з лійкою гофрованою трубкою 18. Відкриття та закриття подачі флюсу проводиться заслінкою 14. Бункер закритий сіткою, що запобігає попаданню в зону зварювання флюсу, забрудненого шматками шлаку і сторонніми предметами. Зварювальна головка разом з бункером і струмопідведення підвішена до одного кінця горизонтального рукава 8 і може бути нахилена в площині, перпендикулярній вісі рукава, на кут 45°. Встановлене положення головки фіксується зубчастими напівмуфтами шляхом повороту рукоятки 10. На іншому кінці горизонтального рукава 8 встановлені пульт керування і касета для електродного дроту.
На пульті керування змонтовані: амперметр і вольтметр для вимірювання зварювального струму і напруги дуги, потенціометр 1 для регулювання напруги дуги, потенціометр 31 для регулювання швидкості зварювання, кнопки 32 для дистанційного регулювання зварювального струму, кнопки 38 для переміщення електрода вгору і вниз перед початком зварювання, кнопки 3 "пуск" і "стоп" для пуску і припинення роботи автомата, перемикач 37 для управління ходом каретки " вправо " або " вліво " і вимикач холостого ходу каретки 2.
Касета ( барабан) для електродного дроту влаштована так, що дроти не намотується на неї, а вкладається всередину і обмежується обичайкою. Завдяки своїй пружності дріт, прагнучи випрямитися, притискається до обичайки. Для підтримки та напрямки дроту до зварювальної голівці на горизонтальному рукаві встановлена вилка 5. Встановлені на цьому ж рукаві скоби 9 служать для зміцнення зварювальних дротів. На горизонтальному рукаві біля пульта керування укріплена багатогніздна розетка штепсельного роз'єму 4 для з'єднання гнучким кабелем зварювального трактора з шафою розподільного пристрою.
Горизонтальний рукав 8 разом з головкою, пультом керування і касетою можна повернути щодо горизонтальної осі, здійснюючи кут нахилу зварювальної головки, а отже, і електрода в площині, перпендикулярній шву, на 45° в кожну сторону від вертикалі. При повороті горизонтального рукава звільнення його від затиснення в склянці вертикальної стійки проводиться рукояткою 6.
Вертикальна стійка 30 разом з горизонтальним рукавом і укріпленими на ньому зварювальною голівкою, пультом управління і барабаном може бути повернена щодо вертикальної осі в гільзі 28. на кут 90° у кожну сторону від поздовжньої осі каретки зварювального трактора. Такий поворот одночасно дає можливість встановити зварювальну головку на потрібній відстані по одну і іншу сторони від поздовжньої осі каретки зварювального трактора в межах 0-325 мм.
Закріплення вертикальної стійки в необхідному положенні проводиться поворотом маховика 29. Стійка встановлена на горизонтальних направляючих каретки і обертанням маховика може переміщатися по ним разом з головкою в напрямку, перпендикулярному зварюваного шву, на 30 мм в одну і іншу сторони від середини каретки. Колеса трактора мають канавки для переміщення по напрямним.
Рух каретки здійснюється електродвигуном 33 типу ДК, що передає обертання на вісь провідної пари коліс 35 через редуктор 36. Редуктор складається з подвійної черв'ячної передачі із загальним передаточним числом 784. Швидкість зварювання регулюється від 15 до 70 м/ч. Зчеплення і розчеплення ведучих коліс з приводом здійснюється зубчастими напівмуфтами. Рухома напівмуфта переміщається повідцем 34.
Для переміщення трактора краном передбачений рим 7. При переміщенні трактора краном повинні бути надійно закріплені горизонтальний рукав в склянці рукояткою 6 і вертикальна стійка маховиком 29.
Вага трактора 65 кг без електродного дроту і флюсу. Вага електродного дроту 12 кг, вага флюсу в бункері 12 кг.
У таблиці 1.1 наведені технічні характеристики зварювального автомата.
Таблиця 1.1 Технічні характеристики трактора АДС-1000-2
Напруга живильної мережі, В |
380 |
Рід струму |
змінний |
Зварювальний струм, А |
400-1200 |
Діаметр електродного дроту, мм |
3-6 |
Швидкість подачі електродного дроту, м / год |
36-120 |
Швидкість зварювання, м / год |
15-70 |
Величина вертикального налаштування мундштука, мм |
80 |
Поперечне переміщення мундштука, мм |
60 |
Кут нахилу електрода, град: |
|
уздовж шва |
+45 °... - 15 ° |
поперек шва |
90 ° |
Маса дроту в касеті, кг |
12 |
Ємність бункера для флюсу, дм3 |
12 |
номінальна потужність, кВа |
125 |
Маса автомата, кг |
65 |
Кінематичні схеми головки і каретки трактора наведені на рисунку1.3, де 1 - циліндрична передача; 2 - черв'ячна пара; 3 - ролик подачі; 4 - муфта, 5 - черв'ячні пари; 6 - провідні колеса[1].
Рисунок 1.3 – Кінематична схема трактора: а – головки; б – каретки
Принципова електрична схема автомата наведена на рисунок 1.4. Подача електродного дроту і переміщення зварювального трактора здійснюється двигунами постійного струму Ml і М2.
Якір кожного з цих двигунів живиться від свого генератора Г1 і Г2. Генератори приводяться в обертання асинхронним двигуном МЗ. Незалежні обмотки збудження двигунів і генераторів живляться від мережі змінного струму через понижуючий трансформатор ТР1 і селеновий випрямляч Д1.
Автоматичне регулювання швидкості подачі електродного дроту здійснюється залежно від напруги дуги. Для цієї мети генератор Г1, що живить якір двигуна Ml, що подає електродний дріт, крім незалежної обмотки Г1 - 0В1 і компаундною обмотки Г1 - 0ВЗ, має ще обмотку Г1 - 0В2, підключену через випрямляч Д2 на затискачі дуги. Обмотки збудження Г1 - 0В1 і Г1 - 0В2 створюють потоки протилежного напрямку. При роботі однієї незалежної обмотки Г1 - ОВ1 двигун зварювальної головки обертається убік
Рисунок 1.4 – Електрична схема автомата АДС-1000-2
подачі електродного дроту вгору, а при роботі однієї дугового обмотки Г1-ОВ2-у бік подачі електродного дроту вниз.
При зварюванні працюють обидві обмотки, створюючи результуючий потік, що визначає значення напруги і полярність генератора, а отже, частоту і напрямок обертання двигуна Ml, що подає електродний дріт. Завдяки такій залежності швидкість (а при запалюванні дуги і напрямок) подачі електродного дроту змінюється зі зміною напруги дуги. Напруга дуги підтримується відносно постійним і таким за значенням, при якому швидкість подачі електродного дроту дорівнює швидкості її плавлення.
Напруга дуги задається потенціометром R1, включеним в ланцюг незалежної обмотки генератора. При зменшенні напруги на цій обмотці напруга дуги зменшується і, навпаки, при збільшенні напруги на її затискачах напругу дуги збільшується. Для розширення діапазону зміни заданої напруги дуги в ланцюг дугового обмотки збудження включено додатковий активний опір R2. Цей опір може бути зашунтований вимикачем В2. При включенні опору напруга на дузі збільшується.
Частота обертання двигуна каретки М2, а отже, і швидкість зварювання регулюються потенціометром R3 в ланцюзі незалежної обмотки збудження Г2-ОВ1 генератора Г2. Для зміни напрямку руху каретки ("вправо" або "вліво") як при зварюванні, так і при холостому ході в ланцюзі якоря двигуна каретки встановлений пакетний перемикач ВЗ. Переміщення каретки вхолосту, без зварювання, здійснюється вимикачем В4.
Для настановних переміщень електродного дроту перед зварюванням у схемі маються кнопка Кн1 для опускання електрода і кнопка КН2 для підйому електрода. При натисканні кнопки Кн1 дугова обмотка Г1 - ОВ2 генератора Г1 подачі електродного дроту через свій випрямляч підключається на затискачі вторинної обмотки трансформатора ТР1. При натисканні кнопки КН2 замикається ланцюг незалежної обмотки збудження Г1 - ОВ1 генератора Г1.
Амперметр А включений в зварювальний ланцюг через трансформатор струму ТТ з паралельно включеним опором R4.
Зварювальний струм попередньо встановлюється кнопками, розташованими на зварювальному трансформаторі ТРС, за вказівником струму. Подальше уточнення значення зварювального струму в процесі зварювання виробляється кнопками, розташованими на пульті управління, по амперметру.
Напруга дуги встановлюється регулятором напруги дуги, розташованим на пульті управління зварювального трактора. Швидкість зварювання встановлюється регулятором швидкості зварювання, розташованим також на пульті управління зварювального трактора.
Підключення ланцюгів управління автомата до мережі здійснюється триполюсним пакетним вимикачем В1.
Перед зварюванням натисканням кнопки Кн1 електрод опускається до зіткнення з виробом, після чого поворотом маховика на бункері відкривається подача флюсу.
Пуск автомата здійснюється натисканням кнопки КН2 ("пуск"). При цьому спрацьовує проміжне реле Р1 і включає елементи електричної схеми, в тому числі і лінійний контактор КЛ. Зупинка автомата проводиться натисненням кнопки КНС ("стоп") подвійної дії. При цьому спочатку розмикається ланцюг двигуна головки, і двигун зупиняється. Подача електродного дроту припиняється, відбувається розтяжка дуги. При подальшому дотисканні цієї кнопки відключається проміжне реле Р1, і схема приходить у вихідне положення.
1.1 Постановка задачі
У звязку з тим що трактор використовував двигун постійного струму, котрий має ряд суттвих недоліків, а саме:
-
дороговизна виготовлення;
-
для живлення електродвигуна від мережі змінного струму необхідно використовувати випрямні пристрої;
-
необхідність профілактичного обслуговування колекторно-щіткових вузлів;
-
обмежений термін служби через зношування колектора.
Доцільніше буде застосувати асинхронний двигун, що має переваги порівнянно з двигуном постійного струму. Широке застосування асинхронних двигунів обумовлено простою конструкцією, низькою вартістю, високою надійністю, простотою в обслуговуванні та експлуатаціїі.
Розглянемо методи керування асинхронним двигуном
Векторне керування
Головна ідея векторного керування полягає в тому, щоб контролювати не тільки величину і частоту напруги живлення, але і фазу. Іншими словами контролюється величина і кут просторового вектора. Векторне керування дозволяє незалежно і практично безінерційно регулювати швидкість обертання і момент на валу електродвигуна. Векторне керування в порівнянні зі скалярним володіє вищою продуктивністю. Векторне керування позбавляє практично від усіх недоліків скалярного управління.
Переваги векторного керування:
-
висока точність регулювання швидкості;
-
плавний старт і плавне обертання двигуна у всьому діапазоні частот;
-
швидка реакція на зміну навантаження: при зміні навантаження практично не відбувається зміни швидкості;
-
збільшений діапазон управління і точність регулювання;
-
знижуються втрати на нагрів і намагнічування, підвищується ККД електродвигуна.
До недоліків векторного управління можна віднести:
-
необхідність завдання параметрів електродвигуна;
-
великі коливання швидкості при постійному навантаженні;
-
велика обчислювальна складність.
Скалярне керування
Скалярний керування (частотне) - метод керування електродвигуном, який полягає в тому, щоб підтримувати постійним відношення напруга/частота (В/Гц) на всьому робочому діапазоні швидкостей, при цьому контролюється тільки величина і частота живлячої напруги.
Відношення Гц обчислюється на основі номінальних значень (напруги і частоти) синхронного двигуна з постійними магнітами (СДПМ). Підтримуючи постійним значення відношення В/Гц ми можемо підтримувати відносно постійним магнітний потік статора двигуна в сталому режимі. Якщо відношення В/Гц збільшується тоді СДПМ стає перезбудженим і навпаки якщо відношення зменшується двигун знаходиться в недозбужденому стані.
На дуже низьких обертах необхідно компенсувати падіння напруги на опорі статора, тому відношення В/Гц вище ніж номінальне значення. Скалярний метод керування найбільш широко використовується для керування асинхронними електродвигунами.
Скалярний управління СДПМ - хороша альтернатива там, де не потрібна гарна динаміка (вентилятори, насоси). Для роботи скалярного керування не потрібно датчик положення ротора, а швидкість ротора може бути оцінена за частотою живлячої напруги. Коли використовується скалярне керування, не потрібно високо продуктивний цифровий сигнальний процесор як у випадку з векторним керуванням.
Недоліки скалярного керування
При скалярному управлінні вентильним двигуном струми статора контролю не підлягають на пряму. СДПМ зі скалярним методом може легко стати некерованим (вийти з синхронного стану) особливо коли момент навантаження перевищує значення граничного моменту електроприводу.
Скалярний метод не підходить для контролю СДПМ на низьких оборотах для додатків, що вимагають високу динаміку.
Метод скалярного управління відносно простий у реалізації, але володіє декількома суттєвими недоліками:
-
якщо не встановлений датчик швидкості не можна керувати швидкістю обертання вала, тому що вона залежить від навантаження (наявність датчика швидкості вирішує цю проблему);
-
не можна управляти моментом. Звичайно, це завдання можна вирішити за допомогою датчика моменту, але вартість його установки дуже висока, і буде швидше за все вище самого електроприводу. При цьому управління моментом буде дуже інерційним;
-
не можна керувати одночасно моментом і швидкістю.
-
Скалярний управління достатньо для більшості завдань в яких застосовується електропривод з діапазоном регулювання частоти обертання двигуна до 1:40.
Коли потрібно зворотній зв'язок для управління швидкістю і моментом електродвигуна використовується векторне управління[3].
Принцип скалярного керування частотно-регульованого асинхронного електропривода базується на зміні частоти і поточних значень модулів змінних АД (напруг, магнітних потоків, потокозчеплень і струмів ланцюгів двигуна). Керованість АТ при цьому може забезпечуватися спільним регулюванням або частоти f1 і напруги U1, або частоти f1 і струму I1 статорної обмотки. Перший спосіб управління прийнято трактувати як частотне керування, другий - як частотно-струмове керування.
Вибір способу та принципу керування визначається сукупністю статичних, динамічних та енергетичних вимог до асинхронного електроприводу.
Скалярний принцип частотного управління є найбільш поширеним в асинхронному електроприводі. Йому властива технічна простота вимірювання та регулювання змінних АД, а також можливість побудови розімкнутих систем управління швидкістю.
Основний недолік подібного принципу управління в складності реалізації бажаних законів регулювання швидкості і моменту АД в динамічних режимах. Пов'язано це з дуже складними електромагнітними процесами, що протікають в АТ.
Скалярне частотно-струмове керування АТ характеризується малим критичним ковзанням і постійністю критичного моменту при сталості живлячого АТ струму і зміні його частоти. Однак у розімкнутих системах подібне управління практично виключено, оскільки із збільшенням навантаження ( ковзання) різко падає магнітний потік АТ і для забезпечення бажаних перевантажувальних здібностей АД по моменту буде потрібно помітне перевищення номінальних значень напруги живлення і струму статора.
Формування необхідних статичних і динамічних властивостей асинхронного частотно-регульованого електроприводу можливо лише в замкнутій системі регулювання його координат. Узагальнена функціональна схема подібної системи (рисунок 1.5) крім АТ і керованого перетворювача частоти (ПЧ) містить регулятори Р і датчики Д змінних електроприводу. Керуючими впливами uу на вході регуляторів можуть бути сигнали завдання будь-яких координат електроприводу - швидкості, кута повороту ротора АД, струму статора, магнітного потоку і т. п.
Рисунок 1.5 – Функціональна схема замкнутої системи ПЧ-АД зі скалярним керуванням
Збурюючими впливами на електропривод можуть бути моменти сил опору Мс на валу АД або коливання напруги живильної електропривод мережі Uc. Вхідними сигналами датчиків є змінні АД, доступні для безпосереднього їх вимірювання (частота, напруга і струм статора, швидкість ротора, магнітний потік в повітряному зазорі АД) або визначаються шляхом розрахунку за допомогою математичної моделі АД ( ЕРС, потокозчеплення статора, ротора і т. п.). Вихідні сигнали регуляторів, що залежать від керуючих впливів, сигналів зворотних зв'язків uо.с і прийнятих алгоритмів регулювання, є сигналами управління частотою uf вихідним напругою ии і струмом иi перетворювача частоти. Розглянемо приклади замкнутих систем скалярного управління, найбільш поширених в промислових електроприводах.
Варіант функціональної схеми системи частотного керування АД зі зворотним зв'язком по струму статора представлений на рисунку 1.6. Тут сигнали і пропорційні миттєвим значенням струмів фаз А і С обмоток статора, з виходу датчиків струму ДТa і ДТc надходять в функціональний перетворювач струму ФТ, де формуються вихідні сигнали I1 і I1a, пропорційні відповідно діючим значенням струму статора та активної складової цього струму. У вузлах Σ1 і Σ2 сумуються сигнали керування і зворотних зв'язків, що надходять з функціональних пристроїв А1, А2 і АЗ. Пристрій А4 забезпечує проходження сигналу I1 на вхід АЗ лише за його перевищенні на суматорі Σ3 сигналу I1max пропорційного діючим значенням максимально допустимого струму статора АД.
Рисунок 1.6 – Функціональна схема системи ПЧ-АД зі зворотним зв'язком за струмом статора
Призначення кожного з контурів зворотних зв'язків та їх вплив на властивість електроприводу доцільно розглянути окремо. Так, при дії лише позитивного зворотного зв'язку по струму з боку А1 по мірі збільшення моменту статичного навантаження АД і відповідного збільшення струму статора на вхід суматора Σ3 надходить додатковий сигнал ui збільшує сигнал ии. У підсумку в міру збільшення струму статора збільшується і вихідна напруга ПЧ. При цьому його вихідна частота, яка визначається сигналом иf, залишається постійною. Підвищення напруги на обмотках статора АД сприяє компенсації падіння напруги на повному їх опорі і, в результаті, збільшенню потоку намагнічування АД.
Степінь компенсації визначається коефіцієнтом посилення k1, ланцюги позитивного зворотного зв'язку по струму. Очевидно, чим більше k1 тим більше буде потік при тому ж абсолютному ковзанні. Межа збільшення k1 визначається умовами стійкості замкнутої системи управління та допустимими значеннями потоку намагнічування і напруги живлення АД.
У міру зниження частоти харчування повний опір ланцюга намагнічування і, отже, падіння напруги в статорі АД зменшуються. Тому для стабілізації і обмеження потоку намагнічування в замкнутій по повному струму системі ступінь компенсації падіння напруги, тобто коефіцієнт k1 треба зменшувати в міру зниження частоти вихідної напруги ПЧ.
Подібний недолік відсутній при використанні зворотного зв'язку по активної складової струму статора. Якщо в якості сигналу зворотного зв'язку прийняти активну складову струму статора, як показано на рисунку 1.6, то сталість потокозчеплення статора зберігатиметься при незмінному коефіцієнті k1.
При частотному управлінні АД з подібною зворотним зв'язком по струму можлива реалізація механічних характеристик електроприводу з підвищеною перевантажувальної здатністю по моменту і жорсткістю, близької до природної лише в невеликому діапазоні регулювання швидкості.
Вплив позитивного зворотного зв'язку по струму з боку пристрою А2 пов'язано з одночасним впливом на вихідні частоту і напруга ПЧ. За рахунок одночасного їх збільшення при зростанні навантаження на валу АД відповідно збільшується швидкість ідеального холостого ходу АД, забезпечуючи тим самим стабілізацію його швидкості, і зберігається сталість перевантажувальної здатності АД по моменту. Збільшення коефіцієнта посилення k2 пристрої А2, що сприяє підвищенню жорсткості механічної характеристики АД, обмежено умовами стійкості замкнутої системи управління та допустимими значеннями частоти і напруги живлення АД.
Сукупність позитивних зворотних зв'язків за струмом з використанням пристроїв А1 і А2 за рахунок стабілізації швидкості останніми дозволяє помітно підвищити жорсткість механічних характеристик АД і при постійній статичному навантаженні збільшити діапазон регулювання швидкості вниз від номінальної до 10:1. Гідність подібних систем полягає у відсутності тахогенератора на валу АД.
Для захисту перетворювача частоти і двигуна від перевантажень по струму використовується режим струмового відсічення за допомогою суматора Σ3 і пристрої А4 (рисунок 1.6). При I1, > I1max на вхід ПІ-регулятора струму відсічення АЗ надходить сигнал перевищення струму статора вище допустимого. Вихідний сигнал АЗ uогс може впливати як на зменшення вихідної напруги ПЧ (вузол Σ2), так і одночасно на зменшення частоти харчування АД (вузол Σ1).