Расчет параметров силовой цепи

Сопротивление якорной цепи:

Индуктивность якоря двигателя:

,

где - номинальное напряжение, ток и скорость вращения двигателя

Индуктивность якорной цепи:

Коэффициент двигателя:

Выбор сглаживающего дросселя:

Для расчета сглаживающего дросселя примем коэффициент использования двигателя .

В этом случае суммарная индуктивность якорной цепи для трехфазной мостовой схемы выпрямления рассчитывается по формуле:

Т.к. ,то сглаживающий дроссель не требуется.

Расчет статических характеристик

При питании якоря двигателя от тиристорного преобразователя в соответствии с эквивалентной схемой , приведенной на рисунке

Уравнение электромеханической характеристики ЭП имеет вид:

Уравнение механической характеристики:

,

где - максимальная величина выпрямленной ЭДС.

где - действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора,

- число фаз преобразователя.

-падение напряжения на вентилях, величина которого не превышает

В дальнейших расчетах этой величиной пренебрегаем.

Для построения вышеперечисленных характеристик воспользуемся пакетом для математических расчетов Mathcad:

Электромеханические и механические характеристики при Ф_н=const, рассчитанные по вышеприведенным формулам, приведены на рисунках .

Расчтаем характеристики при ослаблении потока и при номинальном напряжении на двигателе. Согласно техническому условию, с целью регулирования скорости, изменение потока должно производиться в сторону уменьшения в 4 раза.

Характеристики, расчитанные для , приведены на рис. :

Исследование переходных процессов на динамической модели

Для исследования переходных процессов в электроприводе воспользуемся динамической моделью, составленной на основе математического описания элеметнов силовой цепи с использованием пакета Mathlab 6.5-Simulink. Составление модели производилось с учетом режима работы двигателя, состоящего из условий:

1. Пуск двигателя до номинальной скорости происходит при постоянном потоке.

2. Режим подрезки торца осуществляется за счет изменения магнитного потока двигателя в диапазоне 1:4.

Для ограничения пусковых токов в схеме модели используются элементы типа Ramp. С помощью которых задается скорость изменеия напряжения на якоре двигателя из условия, чтобы ток в процессе пуска не превышал 2I_н. Для учета инерционности обмотки возбуждения и обеспечения пуска двигателя при номинальном потоке на элементах Ramp задается временная задержка прикладываемого напряжения к якорной цепи на величину 3T_в.

Канал возбуждения в схеме модели реализуется с учетом кривой намагничивания данного двигателя и его номинального потока. Для обеспечения начального потока, равного номинальному Ф_н, в модели предусмотрено два источника напряжения, суммарное значение которого составляет 220В.

, где

обеспечивает выход двигателя на ослабленный поток. Для режима подрезки необходимо обеспечить режим постоянно уменьшающегося значения потока с целью увеличения скорости при уменьшении диаметра подрезки детали. Для этого в схеме модели предусмотрена обратная связь по скорости, сигнал которой вычитается из источника задания напряжения 220В так, чтобы к окончанию процесса подрезки разность . Т.к. сигнал обратной связи по скорости действует непрерывно, поэтому для обеспечения постоянного потока =Ф_н до начала процесса подрезки, в канале возбуждения предусмотрен элемент, имеющий характеристику с ограничением, что позволяет обеспечить постоянство потока до начала режима резания(рис. )

Согласно технологического режима время подрезки составляет . В течение этого времени требуется производить ослабление потока(отсутствует установившийся режим). В обратную связь было введено инерционное звено

где . Т.к. система является не стационарной(с переменными коэффициентами), коэффициенты прямого канала в цепи возбуждения и цепи обратной связи были подобраны экспериментальным путем. Схема модели приведена на рис. .

Рис.

Графики переходных процессов на рис. .

Рис. : Переходные процессы в цепи якоря и цепи возбуждения за цикл работы двигателя.

Рис. : Переходные процессы в цепи якоря и цепи возбуждения во время пуска двигателя.

Рис. : Переходные процессы в цепи якоря при торможении двигателя.

Проверка предварительно выбранного ЭД.

Проверка по перегрузке

Проверка по кратковременной перегрузке в динамическом режиме выполняется сравнением M_max из диаграммы с допустимым моментом ЭД:

M_доп> M_max .

Из рис.4 M_max=90 [ ]

Допустимый момент ЭД:

[ ]

Условие недопущения перегрузки выполняется.

Проверка по нагреву.

Условием правильного выбора ЭД по нагреву является:

,

где - развиваемый ЭД момент, эквивалентный по условиям нагрева дей –

ствительному изменяющемуся по времени моменту и определяемый как среднеквадратичный момент ЭД за 1 рабочий цикл (при постоянной тепло - отдаче). В нашем случае воспользуемся мгновенным значением момента от времени. Пренебрегая переходными процессами, рассмотрим значения момента при установившемся режиме работы двигателя.

Условие проверки по нагреву =100 выполняется.

Предварительно выбранный ЭД удовлетворяет требованиям по перегрузке и по нагреву.

Выводы:

Графики переходных процессов, полученные на модели, соответствуют режиму работы данного станка. Кроме этого на модели удалось получить автоматический режим подрезки, который необходимо иметь в процессе работы станка.

Т.к. в режиме подрезки постоянно происходит изменение момента и скорости, т.е. эти величины являются временными функциями, их зависимости получим на основе динамической модели с использованием графопостроителя.

И зменение напряжения на обмотке возбуждения моделируем из условия:

При

При