x = 1; y = 0.75; n = 0 — эмпирические коэффициенты.
Кp — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.
Kp = Kmp * K?p * K?p * Krp * K?p; (2.7)
где K?p, K?p, Krp, K?p — поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания (резец из быстрорежущей стали марки Т14К8);
K?p = 1.15 — передний угол в плане ? = 12-15?;
K?p = 1 — угол наклона главного лезвия ? = 15?;
Krp = 0.93 — радиус при вершине r = 1 мм;
K?p = 1 — главный угол в плане ? = 45?;
Kmp — поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.
, (2.8)где ?В = 1100 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;
n = 0.75 — показатель степени, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.
Тогда, подставив (2.8) в (2.7), получим:
Kp = 1.33 * 1.15 * 1 * 0.93 * 1 = 1.425. (2.9)
Подставив (2.1) — (2.5), (2.7) — (2.9) в (2.6), получим:
Fz = 10 * 200 * 121 * 340.75 * 8.660 * 1.425 = 481670 кН. (2.10)
Тогда, зная скорость резания V и тангенциальную составляющую силы резания Fz, определим требуемую мощность резания (с учетом коэффициента полезного действия системы равного 0.9):
кВт. (2.11)Поскольку расчет велся для самого тяжелого варианта, то можно выбирать двигатель, который проходит по мощности для этого варианта.
Выбираем двигатель [6] серии 4ПН 400 - 22 МУ3 со следующими параметрами:
номинальная мощность двигателя Рн = 70 кВт;
номинальный ток двигателя Iн = 350 А;
номинальное напряжение питания Uн = 220 В;
момент инерции двигателя Jдв = 8.25 кг*м2;
минимальная скорость вращения nmin = 250 об/мин;
номинальная скорость вращения nн = 750 об/мин;
максимальная скорость вращения nmax = 1500 об/мин;
пусковая перегрузочная способность ?п = 2;
номинальный коэффициент полезного действия ?н = 93%.
Произведем проверку выбранного двигателя по нагреву согласно тахограммы и нагрузочной диаграммы, приведенных на Рис. 2.1, где:
t1 = 1 с — время разгона электродвигателя;
t2 = t4 = 2 с — время работы электродвигателя на холостом ходу;
t3 = 3000 с — время работы электродвигателя с номинальной нагрузкой;
t5 = 1 с — время торможения электродвигателя;
I1 = 2Iн = 700 А — пусковой ток двигателя
I2 = 0.1Iн = 35 А — ток холостого хода электродвигателя;
I3 = 0.95Iн = 332 А — номинальный рабочий ток двигателя;
I4 = 0.1Iн = 35 А — ток холостого хода электродвигателя;
I5 = 1.9Iн = 665 А — тормозной ток электродвигателя.
Тогда:
(2.12)Поскольку полученный эквивалентный ток меньше номинального тока двигателя, следовательно по нагреву данный двигатель подходит и выбран верно.
Для питания двигателя выбираем комплектный тиристорный преобразователь [2] серии ЭПУ1-2-4347 DУХЛ4 со следующими параметрами:
Рн = 92 кВт — номинальная мощность преобразователя;
Uн = 230 В — номинальное выходное напряжение ТП;
Iн = 400 А — номинальный выходной ток преобразователя.
Для питания тиристорного преобразователя выбираем вводной трансформатор [2] ТСЗП - 160 / 0.743 со следующими параметрами:
Рн = 143 кВА — номинальная потребляемая мощность трансформатора;
U1 = 380 В — напряжение первичной обмотки трансформатора;
U2ф = 230 В — напряжение вторичной обмотки трансформатора;
I2ф = 500 А — ток вторичной обмотки трансформатора;
?Рхх = 795 Вт — потери холостого хода в трансформаторе;
?Ркз = 2400 Вт — потери при коротком замыкании в трансформаторе;
Uкз = 4.5% — напряжение короткого замыкания трансформатора;
Iхх = 5.2% — ток холостого хода трансформатора.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбираем сглаживающий реактор [5] ФРОС - 125 / 0.5 У3 со следующими параметрами:
Iн = 500 — номинальный ток сглаживающего реактора;
Lн = 0.75 мГн — номинальная индуктивность сглаживающего реактора;
Rн = 3 мОм — номинальное сопротивление реактора.
СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СТАНКА
Характеристика системы электропитания вальцетокарного калибровочного станка модели IК 825 Ф2 приведена в табл. 3.1.
Таблица 3.1 — Характеристика системы электропитания станка вальцетокарного калибровочного модели IК 825 Ф2.
Назначение цепей | Источник питания | U, f |
Питание электрооборудования станка | сеть | 380В, 50Гц |
Питание УЦИ | Трансформатор Т22 | 220В, 50Гц |
Питание ЦУ постоянного тока напряжением 110В (станция НКУ 2090) | Трансформатор Т10 с выпрямительным мостом V20 — V25 | 110В |
Питание ЦУ постоянного тока стабилизированным напряжением 110В (станция НКУ 2090) | Стабилизатор G2, трансформатор Т7 с выпрямительным мостом V8 — V11 | 110В |
Питание ЦУ постоянного тока напряжением 24В (станция НКУ 2090) | Трансформатор Т8 с выпрямительным мостом V12 — V17 | 24В |
Питание ЦУ постоянного тока напряжением 24В (станция НКУ 2090) | Трансформатор Т11 с выпрямительным мостом V26 — V31 | 24В |
Питание ЦУ постоянного тока напряжением 110В (станция НКУ 3090) | Трансформатор Т20 с выпрямительным мостом V89 | 110В |
Питание ЦУ постоянного тока напряжением 24В (станция НКУ 3090) | Трансформатор Т23 с выпрямительным мостом V90 | 24В |
Питание двигателей вентиляторов комплектных устройств НКУ | Трансформатор Т12 | 220В, 50Гц |
Питание цепей освещения | Трансформатор Т4 | 24В,16А,50Гц |
Питание местного освещения (станция НКУ 2090) | Трансформатор Т6 | 24В, 50Гц |
Питание ЦУ напряжением 110В (станция НКУ 2090) | Трансформатор Т6 | 110В, 50Гц |
Для нужд потребления (станция НКУ 2090) | Трансформатор Т5 | 220В,2А,50Гц |
4. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ
На Рис. 4.1 приведена структурная схема системы тиристорный преобразователь — двигатель. Математическая модель проектируемой системы приведена на Рис. 4.2.
Определим по эмпирическим формулам согласно [5] недостающие данные.
Номинальная угловая скорость вращения двигателя:
1/с, (4.1)Суммарное активное сопротивления якорной цепи электродвигателя определим из условия распределения потерь, считая, что половина потерь в двигателе идет на нагрев обмоток. Тогда:
Ом (4.2)Определим значение номинального магнитного потока:
В*с (4.3)Время регулирования, то есть время, за которое завершиться переходный процесс, составит:
с (4.4)Определим коэффициент усиления тиристорного преобразователя как отношение среднего значения выпрямленного напряжения Ud0 к максимальному напряжению управления Uум (поскольку планируется использование стандартной блочной системы регуляторов, то максимально допустимое напряжение Uум составляет 8 В):
(4.5) (4.6)где Кu = 0.428 — коэффициент схемы выпрямления.
Постоянную времени тиристорного преобразователя принимаем равной 0.007 с — время, достаточное для восстановления запирающих свойств тиристоров после прохождения полуволны напряжения через 0.
Определим активное сопротивление фазы трансформатора:
Ом (4.7)где
В (4.8)Тогда полное сопротивление фазы трансформатора составит:
Ом, (4.9)а индуктивное сопротивление фазы трансформатора составит:
Ом (4.10)Тогда индуктивность фазы трансформатора составит:
Гн (4.11)Определим индуктивность якоря двигателя по эмпирической формуле:
Гн (4.12)где p = 2 — число пар полюсов двигателя.
Определим суммарную индуктивность якорной цепи двигателя:
L? = Lср + 2Lтр + Lяд = 0.75 + 2 * 0.02892 + 2 = 2.808 мГн (4.13)
Определим суммарное активное сопротивление якорной цепи двигателя:
R? = Rяд + rср + a * rд + b * rтр + c * rур + rк (4.14)
где rср — активное сопротивление сглаживающего реактора;
rд — динамическое сопротивление тиристоров;
rур — активное сопротивление уравнительного реактора;
rк — коммутационное сопротивление;
a = 2, b = 2, c = 1 — коэффициенты, зависящие от схемы
выпрямления напряжения.
Ом (4.15) Ом (4.16)rд = 0.45 * 10-3 Ом — по паспортным данным (4.17)
Подставив (4.15) — (4.17) в (4.14), получим:
R? = (21.5 + 0.062 + 2 * 0.45 + 2 * 0.186 + 1 * 0.62 + 8.68) * * 10-3 = 31.576 * 10-3 Ом (4.18)
Определим граничный угол отпирания тиристоров:
(4.19)где Се’ — коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС двигателя.
(4.20)Тогда, подставив (4.20) в (4.19), получим граничный угол отпирания тиристоров равным:
(4.21)Определим постоянные времени полученной системы.
Электромагнитная постоянная якорной цепи двигателя: