Электрооборудование и электропривод токарного станка

Обучение ПЛК - программирование контроллеров Siemens в TIA Portal

В современном мире приборам и машинам предъявляются самые большие требования по надежности, технико-эксплуатационным характеристикам и точности работы [7,8]. Роль обработки резанием металлорежущих станков в машиностроении непрерывно повышается, несмотря на высокие достижения технологий производства качественных заготовок [1,2].

Токарный станок служит для обработки тел путем снятия резанием слоя материала с заготовок. Токарные станки составляют одну из подгрупп металлорежущего оборудования.

Для защиты электрических сетей напряжением до 1000 В применяют автоматические выключатели, тепловое реле магнитных пускателей, плавкие предохранители. После расчета аппаратов защиты, выбираем силовой шкаф типа ШРС-1-20У3, принципиальная схема показана на рисунке 1 и параметры шкафа приведены в таблице 1.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная силового шкафа ШРС-1-20У3

Шкафы силовые вводно-распределительные серии ШРС предназначены для приёма и распределения электрической энергии и защиты отходящих линий от перегрузок и токов короткого замыкания в сетях с глухозаземлённой или изолированной нейтралью трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц на номинальное напряжение до 380 В. Степень защиты со стороны дна – IP21, с остальных сторон – IP54 по ГОСТ 14254-96.

Электропривод (ЭП) металлорежущих станков преобразует электрическую энергию в механическую. В электроприводе чаще всего применяют асинхронные двигатели переменного трехфазного тока с короткозамкнутым ротором [3,4], который соединяется через ременную передачу с коробкой передач или непосредственно, а также двигатели переменного и постоянного тока.

Расчет мощности двигателя производится, исходя из длительного режима работы по формуле [2]:

где Vz – скорость резания, м/мин; Fz - усилие резания, Н.

Из условия: для исследований выбран двигатель типа АИР180M6. Выбран преобразователь «Siemens» 6SE7023. Для быстродействующих регулируемых электроприводов с широким диапазоном регулирования, высокой точностью и хорошими энергетическими показателями весьма важно, чтобы преобразователь, питающий асинхронный двигатель, обладал малой инерционностью, двусторонней проводимостью и малым внутренним сопротивлением. Этим требованиям в полной мере отвечают реверсивные транзисторные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, выполненные по мостовой схеме. В состав преобразователя входят:

• неуправляемый выпрямитель;
• фильтр (конденсаторы);
• преобразователь выходного напряжения.

Произведён расчет электромеханической (рис. 2) и механической характеристик (рис. 3) асинхронного двигателя типа АИР180М6. В преобразователе частоты применена наиболее распространенная для управления короткозамкнутым асинхронным двигателем схема с неуправляемым выпрямителем на входе силовой части схемы, и автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией напряжения на выходе. Инвертор состоит из 6 транзисторов IGBT (VT1-VT6), работающих в ключевом режиме с условием, если нижний транзистор закрыт, то верхний открыт [6].

Рис. 2. Естественные электромеханические характеристики АД

Рис. 3. Естественная механическая характеристика АД

Включение быстродействующих диодов VD пареллельно к IGBT транзисторам применяют для того, чтобы исключить токи ЭДС самоиндукции и устранить обратные напряжения в моменты коммутации. Схема представлена на рис. 4.

Рис. 4. Силовая схема регулируемого электропривода

Микроконтроллер управляет силовыми ключами [5], используя широтноимпульсное регулирование, когда выходное напряжение формируется в виде переменных импульсов за период длительности, моделируемых по заданному закону, что обеспечивает снижение содержания высших гармоник. При нормальной работе инвертора происходит поочередное включение или выключение транзисторов VT1-VT6.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Тепинкичиев В. К. Металлорежущие станки / В. К. Тепинкичиев, Л. В. Красниченко, А. А. Тихонов, Н. С. Колев. – М.: Машиностроение, 1972. – 464 с.

2. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению/ В.П. Шеховцов. – 2-е изд. –М.:ФОРУМ, 2011. – 136 с.

3. Электропривод переменного тока: учебное пособие / А.Ю. Чернышев, Ю.Н. Дементьев, И.А. Чернышев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 213с.

4. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. –2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 704 с.: ил.

5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 304 с.: ил.

6. Петрович В. П. Силовые преобразователи электрической энергии: учебное пособие / В. П. Петрович, Н. А. Воронина, А. В. Глазачев; Томский политехнический университет (ТПУ). – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 240 с.

7. Воронина Н.А. Анализ точности позиционирования двухфазного асинхронного двигателя в режиме прерывистого движения/ А.В. Аристов, Н. А. Воронина // Известия ТПУ – 2013. – Т. 322, № 4: Энергетика. – С.116-120.

8. L.A. Payuk, N.A. Voronina, O.V. Galtseva, “Energy Characteristics of Electric Drive of Oscillatory Motion at the Shock-Free Start”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 671, 2016, 012044, http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/671/1/012044

А.Б. Арьяев Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПЭО, группа 5АМ67

Научный руководитель: Н.А. Воронина, к.т.н., каф. ЭПЭО ЭНИН ТПУ.