Непрерывное увеличение производства и обработки металла

Непрерывное увеличение производства и обработки металла

Введение

металлорежущий станок преобразовательный агрегат

Непрерывное увеличение производства и обработки металла в нашей стране является одной из важнейших задач народного хозяйства. Сегодня в жестких условиях рыночной экономики, предъявляются повышенные требования ко всем предприятиям, а в особенности в такой базовой отрасли, как черная металлургия, от состояния которой зависит жизнеспособность экономики нашего города и страны в целом.

В черной металлургии основными направлениями развития являются улучшение качества и увеличение объема выпуска эффективных видов металлопродукции, без роста производства чугуна и при снижении расходов кокса, а также уменьшение себестоимости готовой продукции. Важной составляющей этих направлений являются развитие материально технической базы производства, повышение производительности и надежности технологического оборудования, совершенствование и создание новых прогрессивных систем электропривода.

Повышение производительности предприятия невозможно без повышения производительности вспомогательных механизмов. Поэтому повышаются требования к металлорежущим станкам в плане их быстродействия, точности, надежности, простоте управления, экономичности, степени автоматизации, охраны труда. Становиться настоятельно необходимым применение современных механизмов, электроаппаратуры, более совершенных систем управления, унификация отдельных деталей и целых систем.

1. Краткое описание производственного механизма и технологического процесса, в котором он участвует

Металлорежущие станки предназначены для изготовления деталей путем механической обработки заготовок режущим инструментом.

Металлорежущие станки делятся на девять основных групп:

Токарные;

Сверлильные;

Шлифовальные;

Комбинированные;

Зубо - и резьбообрабатывающие;

Фрезерные;

Строгальные;

Разрезные;

Разные.

Независимо от относительного перемещения инструмента и детали можно выделить два основных движения: главное и подачи. Помимо этих основных движений в станке выделяют позиционное движение. Позиционным движением называется перемещение рабочего органа станка в промежутке времени между операциями обработки.

Устройства предназначенные для осуществления всех вышеперечисленных движений называются приводами. Каждый привод состоит из электрического двигателя и кинематической цепи: редукторы, вариаторы, ремённые и цепные передачи.

Электродвигатель и муфта с электрическим управлением подключены к системам управления электропривода.

Современные металлорежущие станки характеризуются высокой степенью автоматизации, большим числом включений аппаратов управления, частыми реверсами электродвигателей. В большинстве случаев они работают в тяжелых и напряженных режимах и при этом должны обеспечивать высокую стабильность и надежность.

2. Кинематическая схема механической части электропривода

Механическая часть электропривода состоит из подвижной части двигателя (якоря, ротора), механических передаточных устройств и рабочего (исполнительного) органа установки, в котором полезно используется механическая энергия, выработанная двигателем. Механическая часть служит для согласования скоростей движения двигателя и рабочего органа или для преобразования вращательного движения в другой вид движения (чаще всего в поступательное).

Коробки подач предназначены для изменения скорости и направления подач при обработке на станке различных деталей. Коробка подач в большинстве случаев получает движение от шпинделя станка или от отдельного электродвигателя. Значения подач должны обеспечивать требуемые параметры шероховатости поверхности, а также высокую стойкость инструмента и производительность станка.

Подачу можно изменять различными способами: с помощью механизмов с зубчатыми передачами и без применения зубчатых передач (например, электрическим или гидравлическим путем, храповым или кулачково-рычажными механизмами и т.д.).

Ниже рассмотрим лишь коробки подач с зубчатыми передачами. Коробки подач с зубчатыми передачами бывают: со сменными зубчатыми колесами с постоянным расстоянием между осями валов; с передвижными блоками зубчатых колес; со встречными ступенчатыми конусами колес и вытяжными шпонками; в форме гитар сменных зубчатых колес. Для получения большого числа значений подач коробки часто конструируют, используя сразу несколько механизмов.

Коробки подач со сменными зубчатыми колесами (с постоянным расстоянием между осями валов) применяют в станках для крупносерийного производства при редкой наладке. В частности, такие коробки встречаются в автоматах, полуавтоматах, операционных и специальных станках. Конструкции коробок подач, состоящих из одних лишь сменных зубчатых колес, очень просты и не отличаются от аналогичных коробок скоростей.

Коробки подач с передвижными блоками зубчатых колес широко применяют в универсальных станках. Они позволяют передавать большие крутящие моменты и работать с большими скоростями. К недостатку коробок подач этого типа относится невозможность использования в них косозубых колес. По конструкции коробки подач с передвижными зубчатыми колесами аналогичны соответствующим коробкам скоростей.

Коробка подач со встречными ступенчатыми конусами колес и вытяжной шпонкой на четыре различных передаточных отношения (вообще число передач в таких коробках может достигать восьми - десяти в одной группе) показана на листе 1, где приведена ее кинематическая схема. Передача движения в ней осуществляется через пару зубчатых колес . Механизмы с вытяжными шпонками обычно используют в качестве основной группы передач коробки подач. В механизме с вытяжной шпонкой на верхнем валу жестко закреплены на шпонке зубчатые колеса z₁, z₃, z₅ и z₇, которые находятся в постоянном зацеплении соответственно с зубчатыми колесами z₂, z₄, z₆ и z₈. Одно из зубчатых колес , расположенных на ведомом валу, вытяжной шпонкой может быть жестко связано с валом, и тогда вращение валу передается через это колесо. При этом остальные зубчатые колеса вращаются вхолостую. Для предотвращения одновременного включения двух ведомых зубчатых колес механизм имеет специальные разделительные кольца.

Недостатком этого механизма является то, что зубчатые колеса ведомого вала независимо от того, передают они крутящий момент или нет, постоянно вращаются, что ускоряет их изнашивание и требует дополнительной затраты мощности. К недостаткам относится также возможность перекоса вытяжной шпонки, малая жесткость шпоночного валика, ослабленного продольным пазом, вращение колес с чрезмерно большой скоростью, если шпоночный валик работает как ведущий. Коробки подач с вытяжными шпонками применяют в небольших, а иногда и в средних по размеру сверлильных и токарно-револьверных станках. Передаточное отношение передачи i=24. Передача осуществляется через редуктор.

3. Требования к системе управления электропривода

Требования к электроприводу вытекают из хода технологического процесса и условий эксплуатации электропривода. К основным требованиям относятся:

3.1 Диапазон регулирования скорости

Плавность регулирования скорости

Стабильность регулировочной характеристики

Производительность механизма

Точность остановки

Способ торможения: динамическое торможение, рекуперативное торможение, торможение противовключением.

Ограничение ускорения

Частота включений

Частота включений 98 в час

Жёсткость характеристик

Длительность переходных процессов

Экономические показатели работы электропривода.

С увеличением степени автоматизации станка растет потребление электрической энергии и ее стоимости, растет и величина накладных расходов, поскольку станок становиться более сложным и, следовательно более дорогим. Стоимость рабочей силы по мере автоматизации уменьшается, а число деталей, обрабатываемых за тоже время, сильно возрастает. Это ведет к уменьшению себестоимости обработки детали.

4. Выбор рода тока, типа электропривода и типа электрического двигателя

Требования, предъявляемые к показателям работы механизма, могут быть удовлетворены как при использовании электроприводов постоянного тока, так и при применении регулируемых электроприводов переменного тока на основе асинхронных, синхронных и вентильных двигателей. В случае использования двигателей переменного тока регулирование скорости при удовлетворительных энергетических показателях обеспечивается при частотном регулировании. Частотноуправляемые электроприводы переменного тока имеют более сложные схемы и алгоритмы управления по сравнению со схемами и алгоритмами управления электроприводами постоянного тока на базе двигателей с независимым возбуждением. В специальных дисциплинах, изучаемых студентами, вопросы частотного регулирования скорости двигателей переменного тока не рассматриваются. Исходя из изложенного, при выполнении курсового проекта рекомендуется использовать регулируемый электропривод постоянного тока.

Для электроприводов малой и средней мощности (500 кВт) типовым решением является применение управляемых полупроводниковых выпрямителей для питания как якорных цепей, так и цепей возбуждения. Рекомендуемым заданиям на курсовое проектирование соответствуют мощности, для которых применение управляемых выпрямителей не представляет затруднений. В отечественной практике управляемые выпрямители строятся с использованием тиристоров, в связи с чем в дальнейшем изложении под управляемыми выпрямителями будем понимать тиристорные преобразователи.

Таким образом, при выполнении курсового проекта следует применять тиристорные преобразователи постоянного тока на базе двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, исходя из этих условий будем выбираем комплектный тиристорный преобразователь унифицированной серии КТЭУ.

Регулирование скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением осуществляется:

- изменением напряжения, прикладываемого к якорю от 0 до , где  - номинальное напряжение;

при неизменном, равном номинальному, возбуждении, если требуется регулирование скорости от 0 до , где  - номинальная угловая скорость вращения

При выборе типа конструктивного исполнения двигателя основное значение имеет способ компоновки двигателя и механизма и условия окружающей среды, а также требования действующих правил устройства электроустановок и правил технической эксплуатации электроустановок.

В зависимости от конструктивных особенностей производственных механизмов и условий эксплуатации используются электродвигатели различных конструктивных исполнений. Выпускаются двигатели с креплением на лапах и фланцевым креплением с горизонтальным и вертикальным расположением вала, с одним или двумя свободными концами вала и различными исполнениями концов вала. Выбор формы исполнения двигателя определяется в основном конструктивными особенностями производственного механизма.

По этим условиям выбираем двигатель серии Д 8083 с горизонтальным расположением вала. данный тип двигателя должен подходить по мощности, частоте вращения и стандартной продолжительности включения. Выбранный тип двигателя должен быть проверен по условиям перегрузки и нагрева.

Двигатель металлорежущего станка работает в тяжелых условиях работы при повышенной загрязненности, запыленности и высоких температурах он должен удовлетворять следующим требованиям:

. обмотки двигателя должны быть проверены на перегрев и должны обеспечивать работу в условиях умеренного климата

. вращающиеся части двигателя должны быть закрыты

. металлические части двигателя должны быть защищены от окисления и последующей коррозии

Тип электропривода (групповой, однодвигательный или многодвигательный) обычно определяется однозначно конструктивным исполнением механизма. В тех случаях, когда имеет возможность решения технологической задачи за счет применения любого типа электропривода, конкретный вариант типа электропривода следует выбирать исходя из условий наиболее полного удовлетворения технологических требований и наибольшей экономичности электропривода. Наиболее полно удовлетворяют технологические потребности металлорежущих станков - многодвигательный электропривод.

5. Расчет мощности и выбор электродвигателя

Элементы силовой части электропривода рассчитываются и выбираются таким образом, что наиболее слабым звеном энергетического канала является двигатель. Поэтому при проектировании электропривода рациональный выбор двигателя является основным этапом.

5.1 Определяем наибольшее значение приведенного к валу двигателя скорости производственного механизма

 (5.1)

Двигатель выбирается по мощности и скорости вращения, в качестве номинальной скорости вращения выбираем максимальную скорость

Определяем эквивалентный момент двигателя

где n - количество участков нагрузочной диаграммы на которых момент двигателя неизменен,

- значение момента на участке, Н∙м

- длительность участка, с

- коэффициент учитывающий условия охлаждения за время пуска и торможения=0,75

- коэффициент учитывающий условия охлаждения во время паузы =0,5

Определяем ориентировочную продолжительность включения

, (5.3)

,

принимаем = 60%

Пересчитываем с учетом стандартной продолжительности включения

, (5.4)

Определяем расчетную мощность

, (5.5)

Определяем номинальную частоту вращения

 (5.6)

Из справочника [Крановое электрооборудование. Справочник. стр. 85 ] выбираем двигатель серии Д 8083, из условия, что , с учетом частоты вращения и стандартной продолжительности включения

Таблица 5.1 Каталожные данные двигателя

Определяем номинальную скорость выбранного двигателя

 (5.7)

Определяем момент номинальный

 (5.8)

Проверяем выбранный двигатель по условию нагрева

, (5.9)

,4Н∙м ≥ 474,7Н∙м

 Двигатель подходит по условиям нагрева, значит он не перегреется выше допустимой температуры

Определяем допустимый момент

, (5.10)

где  - перегрузочная способность двигателя,  = 2,5

Проверяем выбранный двигатель по условию перегрузки

, (5.11)

где - из нагрузочной диаграммы

Н∙м ≥ 1000Н∙м

Условие выполняется, поэтому двигатель устойчив к перегрузкам

Тахограмма и нагрузочная диаграмма

Передаточное отношение передачи i=24

Рис 5.1

6. Выбор силового преобразовательного агрегата

При построении современных регулируемых электроприводов используется принцип подчиненного регулирования. Это позволяет унифицировать структуры и алгоритмы управления для электроприводов самых разных мощностей, что, в свою очередь позволяет создавать комплектные электроприводы..

6.1 Выбираем комплектный электропривод

Комплектный электропривод выбирается исходя из того, что наиболее важным звеном энергетической части электропривода является двигатель. Следовательно, при выборе комплектного электропривода следует исходить из соотношений:

, (6.1)

 , (6.2)

, (6.3)

- перегрузочная способность комплектного электропривода =2,25

Выбираем комплектный тиристорный электропривод унифицированной серии КТЭУ мощностью до 2000кВт ; [Методические указания к курсовому проекту, стр. 63]

ТП подходит по условию перегрузки.

6.2 Определяем способ подключения к сети

Тиристорный преобразователь комплектного электропривода подключается с использованием согласующего трансформатора или применяется подключение без трансформатора

Определяем значения фазного и линейного напряжения

, (6.5)

Так как напряжения не согласуются, выбираем согласующий трансформатор.

Выбираем согласующий трансформатор

, (6.6)

Выбираем трансформатор типа ТСЗП ; [Методические указания к курсовому проекту, стр. 63]

6.3 Определяем необходимость сглаживающего дросселя в цепи якоря

ЭДС преобразователя и ток якоря содержат переменные составляющие. Ток якоря вызывает дополнительный нагрев обмоток якоря и пульсацию магнитного поля, что обуславливает повышение потерь на вихревые токи в магнитопровод, пульсацию момента, шум. При недостаточной индуктивности якорной цепи, с целью ограничения пульсаций тока возникает необходимость включения сглаживающего дросселя.

Определяем средневыпрямленное значение ЭДС преобразователя при углах управления близких к нулю

, (6.7)

где - амплитудное значение питающего напряжения =220 В

Определяем действующее значение шестой гармоники

, (6.8)

Определяем полную индуктивность якорной цепи

, (6.9)

где - пульсность преобразователя =6,

- частота напряжения =50 Гц,

- уровень пульсирующей составляющей тока

Определяем индуктивность обмотки якоря

, (6.10)

где , , - параметры двигателя,

 - коэффициент зависящий от наличия компенсационное обмотки, =0,25

Определяем индуктивность сглаживающего дросселя

, (6.11)

Так как значение индуктивности получилось отрицательным, то сглаживающий дроссель не нужен.

7.Описание функциональной схемы

Функциональные схемы разъясняют процессы, протекающие в электроприводе, с помощью условных обозначений. В функциональных схемах электрические двигатели изображаются по правилам изображения принципиальных схем, тиристорные преобразователи - в упрощенном виде с обозначением вида выпрямительных схем, а регуляторы и задающие устройства - прямоугольниками с изображением в них вида переходной характеристики. Датчик обратных связей приводятся в упрощенном виде, но с указанием способов получения первичной информации.

Пример функциональной схемы приведен на рисунке 7.1. Здесь М - электрический двигатель постоянного тока с независимым возбуждением; UM - тиристорный преобразователь; LM - обмотка возбуждения; BR - тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов; В - сельсинный командоаппарат; U - фазочувствиткльный выпрямитель; ЗИ - задатчик интенсивности; А4 - регулятор скорости; А5 - регулятор тока; Е4, Е5 - устройство гальванической развязки; А1, А2, А3 - операционные усилители; А6, А7 - согласующие усилители; Е1, Е2, Е3 - блоки ограничения.

Задатчик интенсивности используется для формирования пуско - тормозных режимов с постоянным ускорением. При этом А1 работает в режиме компаратора, А2 - интегратора, А3 - инвертирующего усилителя. Характеристики в нижних частях изображений звеньев А1, А2, А3, А4, А5, А6, А7 описывают инвертирование сигналов, а в изображении звена UM - зависимость между напряжением управления на выходных зажимах тиристорного преобразователя.

Функциональная схема представлена на листе 2.

8. Расчет параметров обратных связей и задающих устройств

.1 Расчёт параметров обратной связи по току

Расчет датчика тока сводится к выбору шунта необходимого для ограничения дополнительных потерь энергии в якорной цепи.

Функциональная схема датчика тока

Рисунок 8.1

Выбираем шунт

Шунт необходимо выбирать с как можно меньшим сопротивление, при этом номинальный ток шунта должен быть близким к номинальному току двигателя.

Из стандартного ряда шунтов, выбираем шунт типа 75ШСМ - методические указания к курсовому проекту стр. 17.

,

Определяем коэффициент передачи шунта

, (8.1)

Определяем желаемый коэффициент обратной связи по току

, (8.2)

где  - максимально возможное напряжение операционного усилителя

Определяем коэффициент согласующего усилителя

, (8.3)

где - коэффициент устройства гальванической развязки,

принимаем стандартное ближайшее, меньшее значение

Уточняем коэффициент обратной связи по току

, (8.4)

Определяем максимальное обратное напряжение по току

, (8.5)

так как , датчик тока выбран верно

8.2 Расчёт датчика скорости

Схема датчика скорости

Рисунок 8.2

Выбор тахогенератора

Датчик обратной связи по скорости состоит из тахогенератора BR, делителя напряжения R32, R33, ячейки - гальванической развязки и согласующего усилителя. Так как система однофазного регулирования, то максимальная скорость вращения не превышает номинальной скорости вращения двигателя. Тахогенератор подбирается по частоте вращения, следовательно должно удовлетворять условие n_т.п. =n_дв.

Таблица 8.2 Каталожные данные тахогенератора

Определяем скорость вращения тахогенератора

, (8.6)

Определяем коэффициент передачи тахогенератора

, (8.7)

Выбор делителя напряжения

Полное сопротивление делителя напряжения выбираем равным , а значение сопротивления R33, с которого снимаем напряжение, равным 2кОм

Расчет делителя напряжения

Определяем максимальное напряжение тахогенератора

, (8.8)

Определяем сопротивление R32

, (8.9)

Принимаем ближайшее большее значение

Определяем коэффициент делителя напряжения

, (8.10)

Определяем максимальное напряжение на выходе датчика скорости

, (8.11)

Вывод: так как , то датчик скорости выбран верно.

8.3 Расчёт задатчика интенсивности

Рис. 8.1

Операционный усилитель А1 работает в режиме компаратора. Входное сопротивление R1 и сопротивление обратной связи R5 следует выбирать равным. Принимаем R1 и R5 равным 20кОм.

Операционный усилитель А3 используется для инвертирования сигнала без усиления или ослабления. Поэтому сопротивления R3 и R4 должны быть равными. Принимаем равным 20кОм.

Определяем время разгона электропривода до максимальной скорости

 - из тахограммы

Скорости  соответствует сигнал обратной связи

При работе двигателя на номинальной скорости такой же должен обеспечиваться и на выходе задатчика интенсивности, то есть

При разгоне двигателя выходной сигнал задатчика интенсивности должен изменяться с темпом

, (8.12)

- время переходных процессов

Емкость в цепи обратной связи интегратора А2 выбираем равным , а напряжение ограничения равным 10 В

Определяем ускорение електропривода

, (8.13)

Определяем постоянную времени інтегратора

, (8.14)

Определяем входное сопротивление интегратора

, (8.15)

9. Описание схемы защиты оборудования и выбор аппаратов защит

В электроприводах металлургических цехов используются следующие виды защит:

от превышения напряжения на якоре двигателя;

максимальная защита;

от недопустимых токов при сборке якорной цепи.

Схема автоматизации и защиты електропривода

Рисунок 9.1

Если напряжение, прикладываемое к якорю двигателя, превышает номинальное напряжение, ухудшаются условия коммутации тока. Поэтому реле KV1, контролирующее это напряжение, настраивается на напряжение срабатывания UKV1, равное

Максимальное реле КА2 настраивается таким образом, чтобы при значениях тока, превышающее допустимое значение, происходила разборка якорной цепи. Следовательно уставку реле принимают следующей;

, (9.2)

Реле KV2, KV3 ЭДС преобразователя и двигателя разрешают сборку якорной цепи при малых значениях этих ЭДС, что исключает возможность возникновения больших токов. В большинстве случаев , эти реле выбираются равными 40 - 50 В.

Наличие тока возбуждения контролирует реле КА1. Обычно уставку реле  на отпадание принимают равной

, (9.3)

где - номинальный ток возбуждения

Выбор максимального реле

9.1 Определим уставку реле максимального тока

, (9.4)

где  - перегрузочная способность по току;

 - номинальный ток двигателя

Выбираем реле с ручным возвратом. Номинальный ток реле . Регулируемая уставка реле

Выбор реле защиты от превышения напряжения

В переходных режимах возможно кратковременное превышение номинального напряжения на 5 - 10%. При напряжениях  коммутация тока на коллекторе ухудшается даже при токах якоря, не превышающих номинальное значение. Исходя из этого уставка реле, контролирующего напряжение, вырабатываемое тиристорным преобразователем, выбирается из условия:

Принимаем:

К установке выбираем реле РЭВ 821. номинальное напряжение реле . Напряжение втягивания . Мощность катушки .

Так как , последовательно с реле необходимо включить добавочное сопротивление. Для выбора2 добавочного сопротивления определяем:

номинальный ток реле:

, (9.5)

сопротивление катушки реле:

, (9.6)

ток втягивания реле

, (9.7)

общее сопротивление цепи, состоящее из последовательно включенных реле и добавочного сопротивления, обеспечивающее ток втягивания при напряжении, равном уставке.

, (9.8)

Следовательно, добавочное сопротивление равно:

, (9.9)

Мощность рассеяния в резисторе:

, (9.10)

Принимаем к установке резистор типа ПЭВР - 15 с номинальным сопротивлением 4 кОм

Выбор реле ЭДС преобразователя и реле ЭДС двигателя

Рассматриваемые реле ЭДС разрешают сборку якорной цепи при малых значениях напряжения на выходе тиристорного преобразователя и ЭДС двигателя. Если перед сборкой якорной цепи электропривод не работает, то ЭДС преобразователя и двигателя равны нулю, через размыкающиеся контакты реле KV2 и KV3 разрешается срабатывание контактора КМ.

Якорная цепь может быть разобрана в результате срабатывания одной из защит электропривода. При этом в момент размыкания контактов КМ напряжение тиристорного преобразователя и ЭДС двигателя могут оказаться значительными. Если теперь пытаться собирать якорную цепь, могут возникнуть недопустимые для двигателя и преобразователя токи. Для ограничения токов сборку якорной цепи производят после того как за счет изменения сигнала задания на входе задатчика интенсивности до нуля напряжения тиристорного преобразователя снизиться до безопасного уровня и снизиться ЭДС двигателя под действием нагрузки на валу.

Обычно напряжение втягивания обоих реле ЭДС выбирают равными. Для двигателя с номинальным напряжением , напряжение втягивание реле можно принять равным 50В, а для двигателей с меньшим номинальным напряжением - равным 40В.

Напряжение срабатывания реле KV1 и KV3 выбираем равным .

К установке выбираем реле типа РЭВ 821. номинальное напряжение реле - . Номинальная мощность . Напряжение втягивания . Коэффициент возврата реле - . Напряжение отпадания .

Для ограничения напряжения, прикладываемого к катушкам реле при напряжениях, существенно превышающих напряжение втягивания, в цепи катушек реле KV1 и KV3 включаются сопротивления R1, R2 и R5, R6 соответственно. После срабатывания реле эти сопротивления вводятся в общую цепь, чем обеспечивается снижение напряжения на катушках и протекающих через них токов. Кроме этого включаются добавочные сопротивления (R3 и R7), обеспечивающие ограничение тока в катушках при включении.

Для определения величины сопротивления рассчитываем:

номинальные токи реле

, (9.11)

сопротивление катушки реле

, (9.12)

токи втягивания

, (9.13)

токи отпускания реле

, (9.14)

общее сопротивление цепей при срабатывании реле

, (9.15)

общее сопротивление при отпадании реле

, (9.16)

Сопротивления R3 и R7 одинаковы и равны

, (9.17)

Сопротивления R1,2 = R1 + R2 R5,6 = R5 + R6 определяются как разность между сопротивлениями при отпадании и при втягивании:

, (9.18)

Определяем ток, протекающий через катушки реле KV1 и KV3 после срабатывания реле. Наибольший ток протекает в том случае, когда действует большое напряжение, равное напряжению установки реле KV1 защиты от превышения напряжения:

, (9.19)

Найденный ток не превышает номинальный ток катушки реле. Следовательно, реле может работать без перегрева неограниченное время.

Мощность рассеяния в резисторах R3, R7 после втягивания реле:

, (9.20)

Выбираем резисторы ПЭВР - 5, с номинальным сопротивлением 500 Ом

, (9.21)

Выбираем резисторы типа ПЭВР - 15 с номинальным сопротивлением 1500 Ом

Реле защиты от недопустимого снижения тока возбуждения (от потери возбуждения)

Реле обеспечивает защиту от недопустимого увеличения скорости двигателя при малых нагрузках и от недопустимого увеличения тока якоря при больших нагрузках в случаях, когда ток возбуждения неконтролируемо снижается.

Для двигателей, скорость которых регулируется изменением напряжения на якоре при неизменном, равном номинальному, возбуждении (однозонное регулирование), уставка реле КА1 на отпадание принимается равной:

, (9.22)

Так как номинальный ток возбуждения равен:

, (9.23)

- ток втягивания

, (9.24)

ток отпадания

, (9.25)

Выбранное реле обеспечивает защиту двигателя при снижении потока возбуждения до значения:

, (9.26)

10 Монтаж электрооборудования

Машиностроительные заводы получают станки полностью укомплектованными нужным электрооборудованием. Все элементы электрооборудования, которые должны иметь механическое соединение с узлами станка (двигатели, путевые переключатели, реле давления и т.д.) установлены на самом станке. Электрическое и электронное оборудование, не нуждающееся в такой связи (контакторы, реле и т.д.) помещают в шкафах управления (электрические шкафы) и пультах, которые поставляют вместе со станками. Кнопки управления, переключатели режимов и сигнальные лампы устанавливают на пультах, размещенных на станках или вблизи них. При установке станка необходимо присоединить электрический шкаф к сети цеха, а аппаратуру, установленную на станке, а также на пультах, к шкафу управления.

Электрическое управление станком должно быть удобным, надежным, простым и дешевым. Принципиальная схема станка должна быть простой. Для двигателей которые одновременно не работают, если можно, используют одно и ту же аппаратуру. Все необходимые переключения производятся в цепях управления, а не в силовых цепях. Обычно стремятся к сокращению числа органов управления станком, аппаратов и контактов, так как при этом возрастает надежность работы.

Для большей надежности работы цепи управления обычно присоединяют через трансформатор, понижающей напряжение сети до 110 В. Особое значение имеет размещение командных органов станка. Наряду со стандартными стационарными и переносными кнопочными станциями, в станкостроении широко применяют пульты, пристроенные к станине станка.

Проводки к электроаппаратам обычно применяют жесткие провода. Провода наружной проводки станка для защиты от мелких повреждений и вредных воздействий охлаждающей жидкости, масла и стружки, прокладывают в стальных трубах.

Все металлические части электрического оборудования станка не несущие тока (корпуса, кожухи, шкафы, трубки), должны иметь хорошее электрическое соединение со станиной станка, которая имеет надежное соединение с системой защитного заземления.

Проект размещения электрического оборудования на станке первоначально представляют в виде эскиза. Монтажную схему составляют на основании принципиальной схемы и эскиза размещения электрического оборудования.

Монтаж производиться специалистами с завода - изготовителя или персоналом цеха.

11. Наладка элктрооборудования

Восстановления первоначальных характеристик и надежности работы электрооборудования станка осуществляется путем ремонта и наладки. При наладочных работах проверяют параметры цепей, настраивают реле, пускатели, автоматы и другое электрооборудование в соответствии с паспортными данными станка.

В зависимости от размеров предприятия, наличия того или иного парка металлорежущих станков, их сложности формы проведения наладочных работ могут быть весьма различными. Наладочные работы обычно выполняют силами электроцеха или специально созданной для этих целей электролаборатории

Наладку электрооборудования металлорежущих станков начинают с организации бригады, в состав которой включают наладчиков или электромонтеров определенной квалификации в зависимости от сложности электрической схемы станка. Наладочные работы начинают с ознакомления с принципиальными электрическими схемами, выявления отступлений исполненной схемы от проекта. Затем путем внешнего осмотра электрооборудования выявляют соответствие установленной аппаратуры проекту, ее состояние. При обнаружении значительных поломок аппаратов производят их ремонт или замену. Полный объем наладочных работ состоит из следующих пунктов:

Измерение сопротивления изоляции токоведущих частей электрооборудования;

Измерение сопротивления постоянному току обмоток электрических машин, трансформаторов, катушек пускателей, реле, сравнения данных измерений с данными принципиальной схемы;

Снятие диаграммы переключения командоаппаратов, путевых переключателей;

Проверка и снятие характеристик усилителей, и преобразователей;

Проверка выпрямителей, формовка селеновых выпрямителей, отбраковка и замена на новые;

Измерение сопротивления изоляции вторичных цепей;

Проверка правильности монтажа вторичной коммутации, выполняемая путем включения аппаратуры по участкам или прозвонкой;

Проверка защит в силовой и вторичной цепях станка;

Проверка работы электрических машин в холостую и под нагрузкой;

Окончательная регулировка путевых и конечных переключателей;

Сдача станка в эксплуатацию производится совместно механиками и наладчиками. При этом бригадир наладчиков заполняет журнал производства наладочных работ, в котором должны быть отражены все данные измерений, устранение выявленных дефектов, изменения в принципиальной электрической схеме, протоколы испытаний электрооборудования и акт приемки - сдачи станка. С момента подписания акта приемки - сдачи станок поступает в постоянную эксплуатацию.

Наладка тиристорных преобразователей

Объем и последовательность наладочных работ зависят от состава электропривода, сложности его системы регулирования, схемных и конструктивных особенностей. Ниже приводится примерная последовательность наладочных работ применительно к электроприводам серии КТЭУ средней и большой мощности с регулированием скорости. Изложенное в значительной мере применимо к электроприводам серии КТЭ, а также в части, соответствующей их составу, к преобразовательным агрегатам серий ТПП1, ТЕ, ТВ.

Предполагается, что ячейки управления прошли проверку на стендах.

. Проверка комплектности электропривода, паспортных данных его составных частей.

. Проверка правильности монтажа (выполняемая по принципиальной схеме электропривода с уточнением по монтажным схемам) для учета возможных ошибок и изменений, которые были внесены изготовителем после выпуска рабочего проекта электрооборудования

. Контроль сопротивления изоляции, осуществляемый мегаомметром с номинальным напряжением, определяемым рабочим напряжением тех цепей, в которых это сопротивление измеряется. Для цепей с номинальным напряжением выше 500 В используют мегаомметр на 1000 В, для остальных силовых цепей и цепей вторичной коммутации - мегаомметр на 500 В. Для цепей блоков и ячеек управления используется мегаомметр на 100 В. Сопротивление измеряют между фазами питающих напряжений, фазами и корпусом, шинами выпрямленного напряжения и корпусом. При этих измерениях должны быть отключены те элементы, узлы и устройства, через которые возможна гальваническая связь точек схемы, между которыми измеряется сопротивление изоляции. В частности, должны быть отключены двигатели вентиляторов и щитовые приборы, цепи контроля изоляции, вынуты из разъемов силовые блоки с тиристорами (или отключены подсоединения к тиристорам), отключены разъемы блоков управления, отсоединена шина общей точки. Сопротивление изоляции в холодном состоянии не должно быть менее 5 мОм.

4. Проверка электрической прочности изоляции. Значение испытательного напряжения 2000 В для цепей с номинальным напряжением до 500 В и  , но не менее 3000 В для цепей с номинальным напряжением выше 500 В. При испытаниях соединяются между собой входные и выходные цепи якорного ТП, входные и выходные цепи возбудителя ТПВ, цепи оперативного напряжения. Электрическая прчность изоляции проверяется как между указанными цепями, так и между этими цепями и корпусом.

. Фазировка трансформатора опорных напряжений, которая выполняется путем соответствующих соединений обмоток этого трансформатора в зависимости от схемы соединения силового трансформатора ТМ и источника опорного напряжения .

. Включение питания цепей управления, проверка уровней напряжения и значений пульсаций на выходах выпрямителей и стабилизаторов напряжения.

. Наладка СИФУ. Ее начинают с проверки правильности чередования опорных напряжений, значений амплитуд (8 ± 0,5) и фазного сдвига опорных синусоид. Устанавливают углы начального согласования характеристик , ограничения , , длительности бестоковой паузы  , чувствительности нуль - органа датчика нулевого тока . Затем проверяют работу СИФУ по наличию управляющих импульсов на всех тиристорах и их смещению при изменении напряжения управления .

. Проверка функционирования схем защит и сигнализации, выполняемая путем имитации аварийных сигналов и наблюдения за срабатыванием аппаратов. Проверяют защиты срабатывающие при аварийных режимах в ТП и воздействующие на отключение автоматического выключателя нагрузки QF, цепи контроля перегорания предохранителей, наличие принудительной вентиляции, защиту от исчезновения напряжения собственных нужд. Проверку срабатывания защит электропривода также осуществляют имитацией аварийных режимов работы, при чем на этом этапе осуществляется настройка нуль - органов защит электропривода таким образом, чтобы они не препятствовали сборке схемы выключателя QF (например, нуль - орган, фиксирующий обрыв поля двигателя, не должен выдавать аварийный сигнал, несмотря на отсутствие тока возбудителя). В результате должно включится реле РН, разрешающее включение QF. Проверяется исправность светоизлучающих диодов индикации.

. Включение силового напряжения на одну из выпрямительных групп при закороченной цепи нагрузки через сглаживающий реактор и шину большого сечения, допускающую протекание тока , при . В этой схеме проверяют фазировку ТП. На входы двулучевого осциллографа подают фазное напряжение на управляющем переходе тиристора. Первый импульс на управляющем переходе должен отставать от момента перехода через нуль соответствующего фазного напряжения на угол . Форма тока нагрузки соответствует прерывистому режиму с длительностью .

При увеличении  ток нагрузки приобретает форму, характерную для режима непрерывного тока. Форма напряжения на выходе датчиков тока должна быть такая же, как и форма тока нагрузки. В форме напряжения на управляющих переходах всех тиристоров работающей группы должна наблюдаться площадка, соответствующая моментам открывания тиристора. При увеличении тока нагрузки до значения установки защиты должен отключиться выключатель главной цепи QF. Для реверсивных электроприводов описанную проверку производят для каждой из выпрямительных групп, при этом ячейки усиления импульсов неработающей группы вынимаются из блоков.

. Наладка и проверка узла переключения выпрямительных групп, выполняемые путем установки значения тока нагрузки, соответствующего гасимому току , и регулировки чувствительности узла таким образом, чтобы при этом токе выдавался сигнал разрешения переключения. Значение  соответствует 2 - 5 % . При изменении полярности напряжения задания отпирающие импульсы появляются на другой выпрямительной группе. При увеличении нагрузки выше значения чувствительности узла изменения полярности напряжения задания не должно приводить к переключению групп.

. Включение ТП на невозбужденный двигатель, настройка чувствительности и проверка полярности датчиков тока и напряжения, определение путем подачи скачка напряжения  то значения, соответствующего гранично - непрерывному току  до значения  значение  равно времени уменьшения разности -, до 0,37 первоначального значения.

. Проверка и настройка тиристорного возбудителя ТПВ, которая выполняется в той же последовательности, что и настройка ТП. При этом следует учитывать, что ТПВ является нереверсивным преобразователем и управляющие импульсы имеют длительность 1200 (вместо двух коротких импульсов со сдвигом 600 в ТП). После проверки СИФУ и установки углов ,  включают напряжение питания ТПВ и проверяют изменение тока возбуждения при изменении . Наблюдают Фому тока и напряжения на обмотке возбуждения. Настраивают защиту от обрыва поля и перевозбуждения. Определяют постоянную времени цепи возбуждения путем подачи скачка напряжения на вход ТПВ и наблюдения за изменением тока возбуждения находят так же, кА и электромагнитную постоянную времени цепи якоря.

. Настройка возбудителя тахогенератора в соответствие с инструкцией на блок возбуждения тахогенератора (БВТ) и номинальными данными тахогенератора.

. Проверка диапазона изменения напряжения ТП путем изменения  от до  при подключенном двигателе, ток возбуждения которого установлен близким к номинальному.

Настройка чувствительности и полярности датчика напряжения тахогенератора. Настройка датчика ЭДС, которая выполняется следующим образом. При вращении двигателя в режиме холостого хода устанавливают нужны коэффициент передачи усилителя - измерителя ЭДС.

При неподвижном двигателе и отключенном возбуждении двигатель загружают током, при этом потенциометр напряжения датчика тока на входе измерителя ЭДС устанавливают в такое положение, чтобы напряжение на входе измерителя было равно нулю. Для увеличения точности настройки значение тока должно быть (1 - 1,5) . Для исключения повреждений двигателя настройка должна выполнятся быстро. Постоянную времени фильтра в цепи напряжения на входе измерителя выбирают равной  и уточняют по минимуму пульсаций на выходе измерителя.

12. Расчет и выбор силовых кабелей

Выбор сечения кабеля на стороне переменного тока осуществляется по величине фазного тока

Определяем фазный ток

,

где - номинальный ток тиристорного преобразователя,

По справочнику выбираем кабель подводимый к преобразователю марки АВВГ - 3 ×120, ; таблица 10 стр. 21.

Так как , то данный кабель выбран верно

12.1 Выбираем кабель для подключения к тиристорному преобразователю

Кабель для подключения двигателя к тиристорному преобразователю выбирается исходя из номинального тока двигателя.  - Таблица 5.1 Каталожные данные двигателя.

По справочнику выбираем кабель марки АВВГ 3 ×70, ; таблица 10 стр. 21.

Так как , то данный кабель выбран верно.

При расчете кабеля можно считать, что удаленность силового шкафа от цеховой подстанции и удаленность двигателя от силового шкафа не превышает 50м. При этом можно не проверять кабели по условиям нагрева и по допустимым потерям напряжения.

13. Техника безопасности при ремонте и эксплуатации электрооборудования

Современные металлорежущие станки, как правило, имеют индивидуальный электропривод. В большинстве случаев электродвигатели, реле, и другие электрические аппараты размещены или на самом станке, или в отдельно стоящем шкафу. Достаточно широко распространены металлорежущие станки, имеющие двигатели, конечные и путевые выключатели, размещенные внутри станка. Работу по наладке и ремонту электрооборудования станков разделяют на четыре категории: работы при полно снятии напряжения, работа с частичным снятием напряжения, работа без снятия напряжения вблизи токоведущих шин и работа без снятия напряжения вдали от токоведущих шин.

Работой при полном снятии напряжения считается работа, которую выполняют в электроустановке, где со всех токоведущих частей снято напряжение и где нет незапертого входа в соседнюю электроустановку, находящуюся под напряжением. К такому виду работ относятся: прозвонка цепей силовой схемы с помощью омметра, ремонт или замена электрической аппаратуры непосредственно на станке, проверка величины сопротивления изоляции токоведущих частей.

Работа с частичным снятием напряжения считается работа, которую проводят на отключенных частях электроустановки, в то время как другие ее части находятся под напряжением или напряжение снято полностью, но есть незапертый вход в соседнюю электроустановку, находящуюся под напряжением. К такому виду работ относятся: регулировка параметров срабатывания реле, регулировка и чистка контактов аппаратов, смена ламп освещения в шкафу и на станке.

Работа без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях считается работа, которая требует принятия технических и организационных мер и производиться на неотключенной электроустановке с применением защитных средств. К такому виду работ относятся: измерение величины тока и напряжения с помощью измерительных клещей.

Работой без снятия напряжения вдали от токоведущих частей считается работа, при которой исключено случайное приближение работающих людей и используемых ими ремонтной оснастки и инструмента к токоведущим частям на опасное расстояние и не требуется применения технических и организационных мер для предотвращения такого приближения.

К такому виду работ относятся: протирка пультов и шкафов управления с наружной стороны, протирка электродвигателей станка, измерение частоты вращения двигателей тахометром.

Работу по наладке электрооборудования металлорежущих станков должны выполнять не менее чем два лица, старший из которых - производитель работ - должен иметь квалификационную группу не ниже третьей, а второй - член бригады - не ниже второй. Наладочные работы производят по устному или письменному распоряжению ответственного руководителя работ (начальника электролаборатории, механика, мастера эксплуатации или старшего электромонтера), который проверяет наличие у производителя удостоверения на право допуска к работам на электрооборудовании, дает задание на наладку и обеспечивает его технической документацией.

Во время наладки электрооборудования бригаде разрешается выполнять следующие работы:

проверку правильности выполнения монтажа;

включение и отключение оборудования;

манипуляция органами управления на станке и щите управления;

выявление дефектов оборудования путем его осмотра;

замену дефектных мест монтажа вторичной коммутации и силовой схемы;

замену дефектного оборудования;

измерение параметров схемы переносными измерительным приборами;

испытание электрооборудования станка повышенным напряжением;

измерение сопротивления изоляции катушек аппаратов и обмоток машин;

испытания при нагрузке и на холостом ходу.

При подаче напряжения на отдельные участки схемы по временным перемычкам должны быть обеспечены условия безопасной работы для остальных членов бригады, занятых на наладке аппаратуры, установленной на станке или в другом шкафу.

При подачи напряжения на всю схему необходимо поставить ограждение на местах, доступных для проникновения посторонних лиц и вывесить плакаты «Стой! Опасно для жизни!». При замене предохранителей, измерениях переносными приборами и мегомметром необходимо пользоваться защитными средствами.

С точки зрения возможного травматизма, наиболее ответственными и опасными являются испытания работы станка вхолостую и под нагрузкой, так как в процессе ремонта или наладки могут быть не выявлены и не устранены некоторые дефекты оборудования, влияющие на безопасность работы на станке. Поэтому проверку работы станка вхолостую и под нагрузкой необходимо проводить с большой осторожностью.

Перед проверкой работы станка удалят с него посторонние предметы, совместно с механиком убеждаются в правильной работе кинематической схемы, проверяют крепление всех аппаратов, электрических машин, состояние и работу предохранительных и блокировочных устройств, действие остановочных, пусковых и реверсирующих устройств, переключающих рукояток фрикционных муфт, путевых выключателей. Перед пуском станка четко уясняют последовательность операций включения и отключения главного привода и приводов подач, убеждаются в правильном подключении электродвигателей - их направление вращения должно соответствовать требованиям паспорта.

Первоначальное опробование станка под нагрузкой нужно производить на самых низких оборотах и при самых легких режимах с постепенным увеличением загрузки станка. При испытании станка под нагрузкой следует строго руководствоваться правилами техники безопасности, относящимся к выполняемой на нем работе и вытекающими из его конструктивных особенностей.

Техническую эксплуатацию электрооборудования металлорежущих станков нужно производить в строгом соответствии с действующими «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».

Заключение

В результате проведенных расчетов, можно сделать вывод о работоспособности привода:

привод обеспечивает все режимы работы; пуск, установившийся режим, тормозные режимы

двигатель и тиристорный преобразователь работоспособны и соответствуют условиям нагрева и перегруза;

При возникновении аварийных режимов работы обеспечивается защита:

от коротких замыканий;

от перенапряжения в цепи якоря и обмотки возбуждения;

от перегруза;

от недопустимого снижения тока возбуждения.

Рассчитав данный курсовой проект, я научился: работать со справочной и технической литературой, производить расчет мощности двигателя, систем автоматического регулирования и аппаратов защиты и управления, выбирать преобразовательный агрегат.

Библиография

1.  Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями / Е.Н.Зимин, В.Л. Кацевич, С.К.Козырев. - М.: Энергоиздат, 1981.

2.       Комплектные тиристорные электроприводы.: Справочник / И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; Под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

.        Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий / Под ред. М.Г. Зименкова, Г.В. Розенберга, Е.М. Феськова. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

.        Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

.        Москаленко В.В. Электрический привод : Учебн. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. - М, : Мастерство: Высшая школа, 2000.

.        Заслов А.Я. Проектирование электроприводов по системе ТП-Д. - Н.Тагил, изд.НТГМК, 1995.

.        Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу «Монтаж, ремонт и эксплуатация электрооборудования промышленных предприятий» по специальности 140613. / А.Я. Заслов. - Н.Тагил, изд.НТГМК, 1998.

.        Крановое электрооборудование. Справочник / Под ред. Ю.В. Алексеева, А.П. Богословского и др. - М: Изд. «Энергия», 1981.

ено н