Расчёт и выбор силовых элементов
1.1 Выбор электродвигателя
Мощности рабочего и обратного ходов станка в установившихся режимах определяются по формуле:
Мощность рабочего хода: 
кВт
Мощность обратного хода:
, кВт;
где: 
При рабочем ходе 
При обратном ходе 
где: a,b - коэффициенты постоянных и переменных потерь в механизме станка;
КЗ – коэффициент загрузки станка.
Значения a и b определяются по формуле:
,
при условии, что соотношение постоянных и переменных потерь в станке при номинальной нагрузке a / b = 1.5
Рассчитаем параметры a и b:
Рассчитаем коэффициент загрузки станка:
Рассчитаем КПД при обратном ходе:
Рассчитаем эквивалентную мощность за цикл работы станка:
,кВт
где: 
и 
- время рабочего и обратного ходов на скоростях VРХ и VОХ.
, с
,с
, с
,с
, кВт
Предварительный выбор приводного электродвигателя осуществляется по условию по условию:
PДН ≥ КЗ·РЭ,
где: КЗП – коэффициент запаса, учитывающий переходные процессы
КЗП= 1,5 при однозонном управлении двигателем
PДН = 1,5·28,08=42,12 кВт
PДН ≥ 42,12
Для ЭП продольно – строгальных станков желательно применять низкооборотные двигатели, что обусловлено частым реверсом скорости. Так же желательно использовать принудительную вентиляцию.
В соответствии с условием PДН ≥ 42,12 выберем электродвигатель:
ПФ180М
Таблица 1. Технические данные электродвигателя:
| Тип двигателя | Мощность РН, кВт | Частота вращения nН/nmax, об/мин | Ток якоря IЯН, А | КПД η, % | Сопротивление обмоток якорной цепи RД, Ом | Сопротивление обмоток возбуждения RВ, Ом | Номинальный поток возбуждения ФН×10 – 2,Вб | Число витков обмотки возбуждения wВП | Момент инерции JД, кгм2 |
| 4ПФ180М | 1060/3800 | 115,6 | 0,0810 | 35,8 | 2,5 | 3,1 |
Примечание: Номинальное якорное напряжение двигателей UЯН=440 В. Номинальное напряжения возбуждения UВН=220 В. Число главных полюсов 2РП=4.
Для выбранного двигателя производится перерасчёт номинальной и максимальной частот вращения в соответствующие угловые скорости по формуле:
,
Перерасчёт активных сопротивлений якорной цепи двигателя Rтя и цепи возбуждения Rтв в нагретом состоянии производится по формуле:
Ом
где 
– коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки в нагретом состоянии (двигатели серии 2П, 4П рассчитываются на нагрев Туст=150°С, где Кт≈1,25)
Rтя=1,25*Rя; Ом
Rтя=1,25*0,810=0,101 Ом
Построим скоростную V(t) и нагрузочную M(t) диаграммы для технологического цикла работы станка. Скорости входа Vвх резца в изделие и выхода Vвых. из него считаем одинаковыми. Установившиеся скорости рабочего и обратного хода составляют VРХ и VОХ. Значения моментов двигателя переходных режимов равны 
. Значения МП=(1,25-1,5) МН с учетом допустимой перегрузки двигателя по току.
Время каждого переходного процесса определяется по формуле:
,
где: 
- приведенный к валу двигателя момент инерции всех реверсируемых частей, включая стол и изделие;
- перепад скоростей на данном участке;
- приведенный момент сопротивления, соответствующий данному режиму;
В режиме разгона МП положительный, а в режимах замедления – отрицательный.
Перегрузка по току для машин серии 2ПФ – 4ПФ допустима в 1,5…2 раза. Для расчета перегрузку по току возьмем 1,5 раза.
405,77∙1,5 = 608,65
где: 
,Vi - соответственно 
, 
при рабочем ходе и 
, 
- при обратном ходе;
- КПД механизма станка при данном режиме.
(для одного двигателя)
Переведем скорости из (м/мин) в (м/с), делением на 60:
Vpx = 35/60 = 0.58 м/с
Vox = 50/60 = 0.833 м/с
Vвх = 10/60 = 0.17 м/с
Рассчитаем время каждого переходного процесса:
Эквивалентный момент на валу двигателя за цикл работы станка:
МН=451
МН ≈ МЭ , следовательно выбранный двигатель верен.
Таблица 2: таблица для построения диаграммы М,V(t)
| t1 | 0.31 | Mп | 608.66 | Vвх | |
| t2 | 0.43 | Мвх | 108.4 | Vвх | 0.17 |
| t3 | 2.5 | Мп | 608.66 | Vрх | 0.58 |
| t4 | 5.8 | Мрх | 454.4 | Vвых | 0.17 |
| t5 | 0.51 | Мп | -608.66 | Vвых | -0.17 |
| t6 | 1.57 | Мп | 608.66 | Vвых | |
| t7 | 4.31 | Мох | 108.4 | Vох | -0.833 |
| t8 | 1.09 | Мп | -608.66 | Vох |
Рис. 1. Типовые скоростная V(t) и нагрузочная M(t) диаграммы для технологического цикла работы станка
Индуктивность цепи якоря двигателя приблизительно может быть рассчитана по формуле Линвилля – Уманского:
; 
;
где: 
– номинальная угловая скорость двигателя, рад/с
– число пар полюсов;
– коэффициент компенсации (при наличии компенсационной обмотки равен – 0,25......0,3, серии 2П, 4П, ПГТ).
– номинальный ток якоря, А.
1.2 Выбор тиристорного преобразователя
Тиристорный преобразователь выбирается исходя из условий:
· U 
≥U 
· I 
≥I
по таблице П3.4 выбираем тиристорный преобразователь: КТЭ 200/440
Таблица 3. Технические данные тиристорного преобразователя
| Тип преобразователя | Напряжение UТПН, В | Ток номинальный IТПН, А | Ток максимальный IMAX, А | КПД η, % |
| КТЭ 200/440 |
Примечание:
1 Уравнение характеристики СУТП: α=90° – (90°/10)UУ.\
2. Максимальный ток IMAX – ток, при котором допускается работа агрегата в повторно – кратковременном режиме в течение 15 с со времени цикла 10 мин. при условии, что среднеквадратичное значение тока не превышает номинального значения.
3. Управление реверсивным тиристорным агрегатом – раздельное.
4. Силовая часть преобразователя построена по трёхфазной мостовой схеме выпрямления.
5 Агрегаты с номинальным напряжением 440 В предназначены для непосредственного подключения к сети с линейным напряжением 380 В.
Для дальнейших расчётов необходимо определить индуктивность LТП и активное сопротивление RТП силовой цепи преобразователя.
Исходя из условий Uторн ≥ Uян ; Iторн ≥ Iян по таблице П3.8 выбираем токоограничивающий реактор: РТСТ-100-0,505УЗ
Таблица 4. Технические данные токоограничивающего реактора:
| Тип реактора | Напряжение сети UЛ, В | Ток IН, А | Индуктивность L, мГн | Активное сопротивление Rтор, Ом |
| РТСТ – 100 – 0,505УЗ | 0,5 | 0,03170 |
где La- индуктивность анодной цепи тиристора;
m- число пульсаций ТП (для мостовой схемы m=6)
f-частота питающей сети (50 Гц)
1.3 Выбор сглаживающего дросселя
При работе тиристорного преобразователя на якорь двигателя в ряде случаев необходим сглаживающий дроссель.
При выборе дросселя по току справедливо условие: I 
> 
Индуктивность дросселя: L 
=L 
- ( L 
+ L 
)
L 
- полная индуктивность якорной цепи
L - индуктивность тиристорного преобразователя
L - индуктивность двигателя
Требуемое значение L 
, рассчитывается по условию ограничения пульсаций тока до допустимого для машины уровня:
L 
= 
где,
е 
- относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения (для широко регулируемых ЭП е 
=0,22….0,24).
Выберу е =0,23
Е 
- максимально выпрямленная ЭДС ТП
i - относительная величина пульсации тока якоря i = 0,07 (т.к. рассматривается двигатель серии 4ПФ)
w 
- угловая частота пульсаций
w 
= 2·p·f·m; 
w = 2·3,14·50·6=1885 с 
В
В
Гн
Значение Lяц, найденное по условию сглаживания пульсаций, следует проверить по условию ограничения прерывистых токов.
; где
минимальный рабочий ток двигателя, соответствующий моменту сопротивления Мсmin
, А
; А
Гранично-непрервный ток Iя.гр. растет с увеличением угла управления тиристорами α, поэтому его следует определить по формуле:
, А
где 
- максимальный угол открытия тиристоров ( регулирования);
;
минимальная выпрямленная ЭДС ТП
Поскольку с увеличением угла регулирования, пульсации растут, то для поддержания в системе постоянной скорости следует определять минимальное значение скорости электропривода.
Rяц – полное сопротивление якорной цепи преобразователь – двигатель:
Rяц=Rтя+Rтп+Rдр, Ом
где: Rдр – приближенное значение сопротивления дросселя
, Ом
∆Uдр=0,01Uян
∆Uдр=0,01∙440=4,4 В
Rяц=0,101+0,213+0,038=0,352 Ом
Етпmin=3,9∙22,18+115,6∙0,352=127,2
Iя.с.min ≥ Iя.гр. 23,12 А ≥ 19,12 А – удовлетворяет условию непрерывного тока ТП.
=>Lдр.ориент=Lяц-(Lтп+Lд)
Lдр.ориент= 
Из таблицы П3.9 выбираем сглаживающий дроссель исходя из условий:
· Iдр.н. ≥ Iя.н;
· Lдр.табл. ≥ Lдр.ориент
Таблица № 5 Технические данные сглаживающего дросселя:
| Тип дросселя | Ток, Iдр.н.А | Индуктивность Lдр, мГн | Индуктивность Lдр∑, мГн |
| ДФ-7 | 150 А | 1,10 | 2,20 |
После выбора сглаживающего дросселя уточним полную индуктивность якорной цепи ТП – Д:
Lя.ц.=Lдр.табл+Lд+Lтп
Lя.ц.уточнен.=2,20+4,46+1=7,66
1.4 Определение коэффициентов передачи и постоянных времени силовых элементов
Расчитаем коэффициенты передачи и постоянные времени системы.
Коэфициент передачи двигателя при управлении напряжением якоря:
Коэффициент передачи двигателя по возмущению-изменению Мс:
Определим постоянные времени системы:
Электромеханическая постоянная времени цепи преобразователь – двигатель:
Электромагнитная постоянная времени привода:
Коэффициент передачи тиристорного преобразователя (ТП):
; В
Верхнее напряжение управления:
Нижнее напряжение управления:
Рис2: характеристика управления ТП.
