5 Выбор электродвигателя, комплектного электропривода

По значениям номинального момента двигателя Мном1 = 16,923 Н·м и Мном2 = 8,461 Н·м выбираем двигатели 2ДВУ165М и 2ДВУ165S соответственно.

Длительный момент

Мдл1 = 17 Н·м,

Мдл2 = 13 Н·м.

Максимальный момент

Мmax1 = 2· Мдл1 = 2·17 = 34 Н·м,

Мmax2 = 2· Мдл2 = 2·13 = 26 Н·м,

Момент трения двигателя

Приведем массу винта к массе стола

m'ν1 = Jν1·i1 = 2,827·10^-4 ·628,319 = 111,595 кг,

m'ν2 = Jν2·i2 = 7,588·10^-4 ·1257 = 1198 кг.

Момент трения двигателя и подшипников, приведенный к силе трения стола

Ftrd1 = Mtr1·i1 = 1,523·628,319 = 956,945 Н,

Ftrd2 = Mtr2·i2 = 0.762·1257 = 956,945 Н.

Момент инерции двигателя (желаемый)

Jdvig1 = 51 · 10^-4 кг/м2,

Jdvig2 = 39 · 10^-4 кг/м2,

Мdvig1 = Jdvig1·i1 = 51·10^-4 ·628,319 = 2013 Н·м.

Мdvig2 = Jdvig2·i2 = 39·10^-4·1257 = 6159 Н·м,

Масса двигателя и винта, приведенные к столу

Mvd1 = Mdvig1 + m'ν1 = 2013+ 111,595= 2125 кг,

Mvd2 = Mdvig2 + m'ν2 = 6159+ 1198= 7457 кг.

Сравним два типа двигателя и выберем тот, который имеет лучший запас по скорости и усилию.

Двигатель 2ДВУ165M, его характеристики:

Номинальная частота вращения, N_max1 = 2000 об/мин;

Номинальное напряжение питания, U_nom = 110 В;

Момент инерции, J_d1 = 51 · 10^-4 кг/м²;

Масса, m_dvig1 = 19 кг;

Момент номинальный, M_nom1 = 17 Н·м.

Двигатель 2ДВУ165S, его характеристики:

Номинальная частота вращения, N_max2 = 2000 об/мин;

Номинальное напряжение питания, U_nom = 110 В;

Момент инерции, J_d2 = 39 · 10^-4 кг/м²;

Масса, m_dvig2 = 16 кг;

Момент номинальный, M_nom2 = 13 Н·м.

Номинальная частота вращения двигателей

Определение силы подачи

F_{подачи1} = M_nom1 · i₁ = 17 · 628,319 = 1,068 · 10⁴ Н,

F_{подачи2} = M_nom2 · i₂ = 7 · 1257= 1,633 · 10⁴ Н.

Угловая скорость двигателей

Скорость подачи двигателей при различных передаточных отношениях

Подставив полученные значения сил подачи F_{подачи1} и F_{подачи2} и соответствующие им подачи двигателей V₁ и V₂ в график зависимости скорости от силы можно сделать вывод, что значения силы в точке 1 в отличие от 2 обеспечивает оптимальную скорость, но при этом проигрывает в силе.

Окончательно принимаем двигатель 2ДВУ165М.

Двигатель вентильный с постоянными магнитами, поэтому управление только по якорю.

Мощность электродвигателя, примерно

Напряжение номинальное принимаем U_nom = 110 В

КПД двигателя, в долях η_d = 0,7.

Ток номинальный

Сопротивление якоря

Поток номинальный

Сопротивление якорной цепи

R_яц = R_яд+R_vt+R_vd,

R_яц = 1,427+0,692+0,087 = 2,206 Ом.

Ток короткого замыкания

6 Перевод в относительные единицы

Момент трения винта на холостом ходу М_хх = 0,2 Н·м.

Момент трения двигателя М_tr = 1,523 Н·м

Масса консоли Мct=2932 кг.

Скорость двигателя подачи при скорости быстрого хода n_d=500 об/мин.

Сила трения в шарико-винтовой паре, приведённая к столу

Постоянная механическая

Число пар полюсов принимаем равным р = 4.

Частота пульсации поля, Гц

Период оборота ротора один электрический оборот, с

Самый неблагоприятный случай 15 градусов

Постоянная якоря, с

Частота ШИМа принимается равной f_him = 7500 Гц.

Для блока преобразователя, время запаздывания преобразователя

Для блока преобразователя, постоянная фильтрующей цепи

Тф = 2τр = 2·1,333·10^-4 = 2,667·10^-4 с.

Определим постоянные времени регулятора тока

Частота среза контура регулирования тока (КРТ)

Т₃ = Тф = 2,667·10^-4 с.

Частота среза контура регулирования скорости (КРС)

Частота регулятора скорости сопряжённая

Определим постоянные времени регулятора скорости

,

Коэффициент регулятора скорости K_рс

За базу напряжения принимаем номинальное напряжение двигателя

За базу тока принимаем ток короткого замыкания двигателя

I_b = I_kz = 49,867 А.

Ток номинальный, в относительных единицах

За базу момента берём момент короткого замыкания двигателя

M_b = M_kz = kФ· I_kz = 1,471·49,867 = 73,33 Н·м.

Базовое значение силы принимаем

F_b = M_kz · i₁ = 73,33 ·628,319 = 4,607·10⁴ Н.

За базу скорости принимаем скорость холостого хода двигателя

Базовая частота вращения винта n_б, об/мин

.

За базу пути принимаем путь, пройденный столом на холостом ходу двигателя

Базовая скорость подачи Vб, мм/мин

Напряжение питания системы управления U_пит=15 В.

Базовое напряжение датчика тока

U_дтб = К_дт·I_kz,

U_дтб = 1,008·49,867 = 50,265 В.

Базовое напряжение датчика скорости

U_дсб = К_дс·ω_b,

U_дсб = 0,057·74,8 = 4,285 В.

Таблица 4 – Выбор базовых величин

Величина	,	, , ,			, , , ,
База	Uном	Мк.з.	0	Iк.з.	Uб = 0,8Uу
Значение	110 В	73,33 Нм	74,8 рад/с	49,867 А	12 В

Все величины, необходимые для моделирования, переведены в относительные единицы. Для удобства расчеты сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Перевод значений в относительные единицы

Название, размерность	Пояснение	Значение	Расчетная формула	Базовое значение	Результат
Сила Fi, Н	сила трения, Fтр0	500		46077	0,011
	наибольшая сила, Fmax	11000			0,239
	сила резания, P0	9873,98			0,214
Путь Si, мм	путь врезания и выхода сверла, Sвр.	23,8		119,048	0,2
Частота вращения , рад/с	быстрого хода, ωбх	52,36		74,78	0,7
	рабочая, ωраб.	0,556			0,00744
	максимальная двигателя, ωmax.	209,44			2,8
Момент Мi, Нм	трения двигателя, Mтр.дв.	1,523		73,33	0,021
	номинальный, Мн	17			0,232
	максимальный, Mmax.ст. + Mтр.дв	35,523			0,484
Скорость подачи, мм/мин	быстрого хода, Vбх	5000		7143	0,7
	рабочая, Vраб.	83,33			0,00744