ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua
электропривод постоянного тока 25-50 Ампер

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

Электрический привод с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного тока (ДПТ) является в настоящее время основным типом привода станков с ЧПУ. В силу целого ряда эксплуатационных преимуществ он практи­чески вытеснил гидравлический регулируемый и следящий привод, а также элек - трогидравлический привод с шаговыми двигателями. Основные характеристики указанного электропривода определяются главным образом тнпом применяемого ДПТ.

Основным преимуществом ДПТ, определяющим их широкое применение в станочных регулируемых и следящих приводах, является высокая линейность механических характеристик, что позволяет плавно регулировать частоту враще­ния вала двигателя в очень широких пределах (диапазон регулирования частоты вращения современных ДПТ составляет 10 000 и более). К недостаткам ДПТ, по сравнению с асинхронными электродвигателями переменного тока, отиосят большие габариты, меньший к. п. д., необходимость в щетках и коллекторе для подвода тока в обмотку якоря. Последнее существенно снижает нх перегрузоч­ную способность из-за ряда ограничений, связанных с процессами коммутации и опасностью образования кругового огня на коллекторе. Несмотря на эти недо­статки, ДПТ продолжают совершенствовать в направлении повышения быстро­действия и увеличения перегрузочной способности, повышения к. п. д., равномер­ности вращения на низких скоростях и т. д.

Потребности совершенствования технических характеристик регулируемых и следящих электроприводов станков с ЧПУ привели к разработке специальных ДПТ. Общими особенностями двигателей для следящих приводов являются воз­можность длительной работы на малых скрростях при полном моменте, что требует, специальных мер для их охлаждения, а также возможность многократной пере­грузки по току в течение небольшого времени, что связано с необходимостью достижения высокого быстродействия привода. В частности, специально для ста­ночных следящих приводов были разработаны электродвигатели серии ПБСТ (серия П безобдувная станочная со встроенным тахогенератором), особенностью которых является наличие встроенного тахогенератора с большим числом (96) коллекторных пластин и коллектора якоря также с увеличенным числом пластин. Эти меры значительно повышают равномерность вращения вала двига­теля на ннзких скоростях. Необходимый тепловой режим на этнх скоростях обес­печивается за счет снижения электромагнитных нагрузок, т. е. за счет недоисполь­зования по току и напряжению, что приводит к увеличению габаритов таких дви­гателей по сравнению с нормальными двигателями общепромышленной серии П, но вместе с тем увеличивается и тепловая постоянная времени двигателя. Дви­гатели этой серии допускают перегрузку на 40% в часовом режиме, четырех­кратную перегрузку по току в течение 1 мин н десятикратную — в течение 1 с.

Были разработаны также специальные малоинерционные двигатели с глад­ким якорем серии ПГ (ПГТ— со встроенным тахогенератором). Уменьшение момента инерции, а следовательно, и постоянных времени (в 5—6 раз меньше, чем у обычных) достигается за счет уменьшения диаметра и увеличения длины якоря. Якорь такого двигателя имеет беспазовую конструкцию. Проводники об­мотки якоря из меди прямоугольного сечения наклеиваются на гладкую наруж­ную поверхность якоря (шихтованного из тонких стальных кружков), укрепля­ются стеклотканью и заливаются эпоксидной смолой. Такая конструкция обмотки обеспечивает малую индуктивность якорной цепи, что позволяет обеспечить хо­рошую коммутацию тока при больших нагрузках двигателя (допускается проте­кание 10-кратиых против номинального значений тока в переходных режимах). Беспазовая конструкция позволяет также, при определенном распределении об­мотки на поверхности якоря, исключить пульсации момента, обычно имеющиеся при входе пазов в полюсную зону и выходе из нее. Увеличению перегрузочной способности таких двигателей способствуй хорошее охлаждение обмотки якоря, расположенной на его поверхности, обеспечиваемое за счет принудительной вен­тиляции (от отдельного вентилятора с приводом от асинхронного двигателя, ук­репляемого на корпусе двигателя серии ПГТ). Двигатели с-гладким якорем обес­печивают отработку максимальных ускорений порядка (2-f-6)-104 рад/с2. Однако нз-за сложности изготовления, высокой стоимости и малой надежности эти дви­гатели не нашли широкого применения - в станкостроении, кроме того, из-за уве­личенной длины они плохо встраиваются "в станки.

Более удобными для приводов подач станков с ЧПУ оказались высокомо - ментные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Относитель­но низкие значения номинальной частоты этих двигателей (500—1000 об/мин) и возможность длительной работы на малых оборотах с большими моментами позволяют обходиться без редукторов и связывать такой двигатель непосредст­венно с ходовым винтом рабочего органа. При этом значительно упрощается ки­нематика станка, увеличивается' надежность и точность работы. Такие двигатели в настоящее время стали основными для приводов подач станков с ЧПУ. По этой причине ниже будут более подробно рассмотрены особенности конструкции и характеристики высокомоментных электродвигателей.

Особенности высокомоментных двигателей (ВМД). ВМД впервые начали выпускаться в 1968—1970 гг. в США на базе двигателей, применяемых в спе­циальной технике. Большие преимущества таких двигателей по сравнению с ма­лоинерционными с гладким якорем обеспечили быстрое' их внедрение в приво­
дах подач станков с ЧПУ. Главные конст­руктивные особенности ВМД следующие:

— возбуждение осуществляется от вы­сокоэнергетических постоянных магнитов;

— увеличено число пазов якоря и число коллекторных пластин;

— применение изоляционных материа­лов с высокой допустимой температурой;

— усиленная конструкция вала и под­шипников;

— ужесточенная конструкция корпуса;

— повышено отношение длины якоря к его диаметру;

— используются специальные щетки с большой перегрузочной 'способностью;

— высокие значения электромагнитного вращающего момента.

Как правило, ВМД выполняются с вст­роенными: тахогенератором (с малым уров­нем пульсаций при малых частотах враще­ния), датчиком пути высокой точности (•многополюсный ВТ-резольвер) и электро­магнитным тормозом.

Отмеченные конструктивные особенности придают ВМД ряд - ценных свойств. Так,, замена электромагнитного возбуждения на возбуждение от постоянных вы - сокоэнергетичес^их магнитов обеспечила возможность мно'гополюсного (6—12 полюсов) исполнения двигателей (рис. 1.1) и полную компенсацию реакции яко­ря без добавочных полюсов. При этом значительно повышается к. п. д. двигателя (на 15—20%), достигаются высокие значения развиваемых двигателем Моментов При относительно небольших габаритах и массе (рис. 1.2). Работа двигателя с большими пусковыми токами потребовала совершенствования конструкции кол­лектора н щеточного аппарата. Использование пазового якоря с большим чйслом пазов и коллекторных пластин обеспечило равномерность вращения якоря дви­гателя иа малых частотах и сравнительно высокую температурную постоянную времени (до 120 мни). Очень важно для повышения качества и устойчивости следящего привода отсутствие люфтов в соединениях двигателя и датчиков ско­рости и пути, что обеспечивается в ВМД наличием встроенных тахогенератора и резольвера. ВМД обладают следующими техническими характеристиками [1]:

— относительно низкие номинальные (до 1000 об/мин) и максимальные ча­стоты вращения (до 1500—2000 об/мин)';

— высокие перегрузочные моменты (6— 10-жратные) при малых частотах со значительным их уменьшением (1,5—3-кратные) при номинальных и особенно максимальных частотах вращения;

— большая термическая постоянная времени (60—120 мин);

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Рис. 1.1. Система возбуждения вы- сокомоментных электродвигателей

От постоянных магнитов 1 — корпус двигателя; 2 — феррито - вые магниты для возбуждения; 3 — якорь.

-— обеспечение равномерного вращения якоря на низких скоростях (до 0,1 об/мин);

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Рис. 1.2. Сравнение ВМД. с ДПТ обычного исполнения по габаритам (а), общей массе (б), массе меди (в), потерям (г). ДПТ с электромагнитным возбуждением и самовентиляцией (1) и ВМД с ферритовыми магнитами (2) имеют мбмент 30 Нм при 1000 об/мин

— момент инерции ВМД сравним с моментом инерции ДПТ нормального исполнения;

— относительно небольшие диаметр и вес двигателей, что позволяет встраи­вать их а. механизм подач станков с ЧПУ.

Необходимость значительного снижения допустимого максимального момен­та по мере увеличения частоты вращения якоря связана с ухудшением коммута­ции в двигате-ле при отсутствии добавочных полюсов. При этом требуется приме­нение нелинейных схем токоограничения. В приводах подач станков с ЧПУ ВМД соединяются с шариковыми ходовыми винтами при помощи специальных соеди­нительных муфт.

Подробные технические данные, габаритные и присоединительные размеры электродвигателей серий 2П, ПБСТ, ПСТ, ПСПТ и ПГТ приведены в [2]. Отече­ственной промышленностью освоен выпуск высокомоментных электродвигателей серий ПВ и ДК1, которые применяются для приводов подач станков с ЧПУ. Технические данные этих двигателей приведены в [3, 4]. Двигателями этих серий охватывается достаточно широкий диапазон моментов (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Номинальный момент, Нм

Тип электро­двигателя

Номинальная частота вращения, об/мин

Номинальный ' момент, Нм

Тип электро­двигателя

Номинальная

Частота вращения, об/мин

1,7

ДК1-1.7

1000

21

ПБВ112Ь

500

2,3

ДК1-2.3

1000

35

ПБВ132М

600

3,5

ДК1-3.5

1000 .

47,7

ПБВ132Ь

600

5,2

ДК1-5.2

1000

76,4

ПБВ160М

500

7,2

ПБВ100М

1000

105

ПБВЮОЬ

500

10,5

ПБВЮОЬ

1000

143

ПБВШОЭ

500

14

NBB112S

750

175

ПБВ160М

600

17,5

ПБВ112М

600

Электродвигатели серии ПВ предназначены для применения в приводах стан­ков с управлением от тиристорных или транзисторных преобразователей. Конст­руктивно двигатели этой серии имеют фланцевое исполнение и допускают эксплу­атацию при любом положении в пространстве.

Расшифровка условного обозначения электродвигателей серии ПВ произво­дится следующим образом:

Л X В XXX X X УЗ

"L

Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150—69

Шифр исполнения: Е—с тормозом: О — с датчиком положения: ЕО — с тормо­зом и flaf4HkoM положения

Условная длина якоря:. S — короткая; М — средняя; L — длинная

Высота оси вращёния, мм — В — высокомоментный

________ Исполнение: Б •— закрытое с естествен­ным охлаждением, степень защити IP44; Ф — защищенное со степенью защиты IP54

----------------------------------------------------- Я — электродвигатель постоянного тока

С тахогенератором

Для электродвигателей ПВ допустима в течение 1 мин перегрузка по току на 50% сверх номинальной, в течение 0,2 с возможен ток, соответствующий току максимального пускового момента, в течение 3 мин повышение частоты вращения на 30% сверх максимальной, приведенной в табл. 1.2. Практически режим работы двигателя должен выбираться с учетом кривых допустимых мо­ментов [3].

Двигатели с номинальным моментом до 47 Н-м развивают максимальный момент JWmax~10 Мвом в диапазоне частот вращения от 0 до 0,3 пвОм - Двига­тели с номинальным моментом 76,4 и 105 Н-м развивают максимальный момент ■Mmai^4,8 Мном в диапазоне частот вращения от 0 до пшОм. Двигатели с но­минальными моментами 143,2 и 1Z5 Н-м развивают jWmai = 3 Мвом в диапазоне частот вращения от 0 до ппом- Зависимость между величиной вращающего мо­мента и тока якоря M=F(IR) практически линейна до М=0,7—0,8 Mm!L%. Допу­скается длительная работа двигателей при частоте вращения 0,1 мин-1 с момен­том не менее номинального, при этом неравномерность вращающего момента не превышает 6—8%'.

Электродвигатели серии ПВ комплектуются тахогенератором ТС-1М со сле­дующими техническими характеристиками: крутизна выходной характеристики,

Величина параметра электродвигателя типа

Параметр ~

ПБВ100

ПБВ112

8

ПБВ132

У

ПБВ160

ПФВ160

' . при условной длине якоря

Ж,

L -

S

М

L

М

L

М

L

S

М

Номинальные: момент, Нм

7,16

10,5

14

17,5

21

35

47,7

76,4

105

143,2

175

Частота вращения, об/мин

1000

1000

750

600

500

600

600

500,

500

500

600

Мощность, кВт

0,75

1,1

1.1

1,1

1,1

2,2

3,0

4,0

5,5

7,5

11,0

Напряжение, В

52

56

44

47

50

53

70

66

78,5

58

82

Ток, А

18

24

31,5

29

28

50

50

78,5

90

182

180

Длительный момеит в за­торможенном состоя­нии, Нм

8,2

12

17,5

22

29

47

62

84

110

157

185

Максимальный момент при пуске, Нм

70

100

130

170

210

350

'470

490

510

490

510

Максимальная частота вращения в продол­жительном режиме, об/мин

2000

2000

2000

2000 .

2000

2000

2000

1000

1000

1000

1000

„ ^ „ „ В мин Постоянная ЭДС,

Об

0,045

0,044

0,051

0,063

0,065

0,077

0,105

0,118

0,141'

0,094

0,118

Момент инерции якоря электродвигателя, кг • м2

С тахогенератором

0,01

0,013

0,035

0,042

0,049

0,188

0,233

0,242

0,298

0,194

0,242

С тахогенератором и тор­мозом

0,0112

0,0142

0,0366

0,0433

0,0504

0,1901

0,2401

0,2464

0,3024

0,1984

0,2464

Электромеханическая по­стоянная времени электродвигателя, мс:

С тахогенератором

10,3

7,6

13,2

10,1

8,6

14,2

12,3

8,5

7,9

9,9

8,5

С тахогенератором и тор­мозом

11,5

7,8

13,8

10,4

8,8

14,4

12,4

8,63

8,02 г

10,05

8,63

Электромагнитная посто­янная времени, мс

5,3

5,75

6,75

7,3

7,65

7,35

7,85

10,63

11,8

9,25

10,63

Сопротивление обмотки якоря при 15°С, Ом

0,222

0,139

0,109

0,123

0,144

0,0574

0,0707

0,0317

0,0343

0,0292

0,0317

Индуктивность обмотки якоря, мГн

1,18

0,8

0,732

0,8.98

1,102

0,422

0,554

0,337

0,405

0,270

0,337

Тепловая постоянная вре­мени, мин

60 .

70

60

70

80

90

100

Масса электродвигателя с тахогенератором, кг

27

33

41

45'

52

83

100

168

182

162

176

Высота оси вращения электродви­гателя, мм

Типоразмер тормоза

Момент тормоза, Нм

Рабочий ток, А

Сопротивле­ние обмотки при 20°С, Ом

Момент инерции, кг • м3

100 112 132 и 160 160

ЭТДВ22УЗ ЭТДВ32УЗ ЭТДВ42УЗ ЭТДВ41УЗ

8 20 63 160

0,6 1,1 1,53 1,68

25,4 14,2 9,55 9,55

0,00119 0,00130 0,00214 0,00214

В/об/мни — 0,02; сопротивление нагрузки, кОм, не менее — 4; сопротивление об - •моткн якоря при 15°С, Ом — 138; индуктивность обмотки якоря, Гн — 0,6. Датчик положения типа ПМБ-1, которым комплектуются двигатели серии ПВ, имеет следующие основные технические характеристики: число пар полюсов — 10, чис­ло фаз источника питания — 2; сдвиг фаз источника питания, эл. град. — 0 или 90; напряжение питания, В — 5±0,25; частота питания, Гц —500; потребляемый ток, мА, не более—10; выходное напряжение при сопротивлении нагрузки. 10 кОм, В—0,5; погрешность в статическом режиме при сопротивлении нагруз­ки 10 кОм, угл. мии, не более — 20. Технические данные применяемых в электро­двигателях серии ПВ электромагнитных тормозов серии ЭТДВ с напряжением питания 24В (на ЭТДВ41УЗ—110В) приведены в табл. 1.3.

Электродвигатели серии ПВ комплектуются температурным датчиком, обес­печивающим подачу сигнала в цепь управления при недопустимых для изоляции перегревах.

Электродвигатели серий ПВ без тормоза и датчика положения характеризу­ются следующими показателями надежности: средний ресурс работы электродви­гателя— не менее 20 000 ч; средний срок службы—не менее 15 лет; вероятность безотказной работы за период 10 000 ч составляет не менее 0,9 при доверитель­ной вероятности 0,8.

Электродвигатели серии ДК1 предназначены для эксплуатации в составе следяще-регулируемых электроприводов (преимущественно типа ПРП) механиз­мов подач металлообрабатывающих стаиков и манипуляторах промышленных ро­ботов. Двигатели имеют фланцевое исполнение МЗОО по СТ СЭВ 246—76, сте­пень защиты IP44 по ГОСТ 14254—69 (закрытые), естественное охлаждение и допускают эксплуатацию при любом положении в пространстве. Конструкция ВМД серии ДК1 близка к конструкции ВМД серии ПВ, при уменьшении диа­метра якоря, насколько это возможно, с целью максимального снижения момента его инерцни. Возбуждение осуществляется от литых постоянных магнитов из сплава ЮНДК35Т5, обеспечивающих повышенную (до 0,6 Т) индукцию в воз­душном зазоре и снижение диаметра и момента инерции двигателей. Исполнение индуктора — четырехполюсное. Все типоразмеры двигателя имеют одинаковый наружный диаметр, но разную длину с целью максимальной унификации деталей и узлов. Расшифроёка условного обозначения электродвигателей серии ДК1 про­изводится следующим образом:

ДК1 - X - XXX - AT

~I=---------------------------------------------- — Индекс предприятия-разработчика

Шифр исполнения:

-------------------------------------------------- О — без тормоза;

I 1—с тормозом

__________________________________ j 0 — без датчику положения;

I 1 — с датчиком положения;

____________________________________ I 0 — без тахогенератора;

I 1 — с тахогенератором;

---------------------------------------------------- Номинальный момент, Нм

------------------------------------------------- Серия: Д — двигатель;

; К — коллекторный;

1 — порядковый номер серии.

Электродвигатели серии ДК1 могут находиться в заторможенном состоянии при номинальном токе не более 3 ч, а в течение 1 мин выдерживают 1,5-кратную перегрузку по току. Допускается работа электродвигателя в течение 2 мин при повышенной до 2000 об/мин частоте вращения при номинальном моменте. В пе­реходных режимах электродвигатели этой серии способны обеспечить макси­мальный момент до 7-кратного номинального за счет соответствующего увеличе­ния тока якоря. При этом кратность максимального тока не превышает крат­ность максимального момента более чем на 10%. Технические характеристики электродвигателей серии ДК1 приведены в табл. 1.4.

Двигатели серии ДК1 имеют следующие показатели надежности:

— минимальная наработка с заменой щеток в процессе эксплуатации*— 16 ООО ч; срок службы с учетом срока хранения — 12 лет.

В комплект электродвигателя могут входить тахогенератор типа ТГ1; тор­моз типа ЭТДВ12УЗ и датчик положения типа ПМБ-1. Технические данные та­хогенератора ТГ1 следующие; крутизна выходной характеристики'—0,03± 0,0015 В/об/мин; частота вращения— 1000 об/мин; сопротивление нагрузки 2000 Ом; момент инерции ротора тахогенератора не превышает 0,4-Ю-3 кг-м2.

Кроме описанных отечественных ВМД, в приводах подач станков с ЧПУ, выпускаемых отечественными станкостроительными производственными объеди­нениями, широко применяются ВМД производства социалистических стран: НРБ, ЧССР, ПНР. Технические характеристики ВМД производства этих стран, а так­же фирм Fanuc (Япония) и Inland motor (США) приведены в [3].

Статические и динамические характеристики ВМД. Как отмечено выше, ВМД является электродвигателем постоянного тока (ДПТ) с некоторыми конструк­тивными особенностями. Поэтому для ВМД справедливы уравнения, описываю­щие работу обычного ДПТ, а также их статические и динамические характери­стики при учете особенностей ВМД. Рассмотрим эти характеристики с учетом особенностей ВМД и его использования в современных электроприводах, вы­полненных по структуре подчиненного регулирования.

Величина параметра электродвигателя типа:

Параметр

ДК1-1.7

ДК1-2.3

Дк1-з, г>

ДК1-5.2

Номинальные:

Момент, Нм

1.7 „

2,3

3,5

5,2 -

Частота вращения, об/мин

1000

1000

1000

1000

Мощность, кВт

0,177

0,24

0,364

0,54

Напряжение, В

36

48

65

. 110

Ток, А

Максимальный момент, Нм,

8,0 -

7,5

7,5

6,5

В диапазоне частот вра­

Щения, об/мин

0.. .500

11,9

16,1

24,5

36,4

500... 1000

11,9

16,1

17,5

26

1000... 2000

11,9

11,5 -

10,5

15,6

Ток холостого хода, А

1,5

1,3

1.0

0,8

Сопротивление обмотки яко­

Ря при 20°С,- Ом

0,75

0,95

1,15

2,10

Электромагнитная постоянная

Времени, мс

2,5

3,0

3,5

5,3

Электромеханическая посто­

1 7

Янная времени двигателя

С тахогенератором; - тор­

Мозом и датчиком положе­

Ния, - мс

25

20

15

10

КПД, % .

61,5

67

74,5

75,5

Тепловая постоянная време­

Ни, мин

45

50

60

60

Масса двигателя с тахоге­

Нератором, тормозом, дат­

22,9

Чиком положения, Кг

25,5

28,1

33,3

ВМД, определяющая зави- частоты вращения М(п), где

— скорость (частота) вращения двигателя. Ее связь с угловой ско­ростью (частотой) вращения <о определяется следующим образом:

На рис. 1.3 показана характеристика симость момента, развиваемого двигателем от

Об

Л

Мин

Об

2«_ 60

Град

Гг

=4-1

L мин J

9,55

На характеристике ВМД выделяют три зоны: длительной работы — 1; крат­ковременной работы — 2 и работы в переходных режимах — 3. Из характеристи­ки видно, что ВМД, в отличие от ДПТ обычного исполнения, способен во 2 н 3-й зонах развивать моменты, намного превосходящие номинальные. Однако макси-

Мальный момент Ммакс такой двигатель способен развивать в течение весьма короткого интервала времени (0,2 с). Если номинальный момент определяется по допустимым условиям нагрева и является длительным, то максимальный мо­мент при п—0 ограничен размагничивающим действием тока якоря (при приме­нении высокоэнергетических постоянных магнитов для возбуждения максимально допустимый ток якоря может в 10 и"более раз превышать номинальный), а при увеличении частоты вращения допустимая величина максимального момента зна­чительно снижается из-за ухудшения коммутации. Поскольку зависимость мак­симально допустимого момента от частоты вращения имеет нелинейный вид, то практически она обеспечивается специальной схемой нелинейного токоограннче - ния, которая имеется в составе электропривода. ВМД допускает кратковремен­ную работу и на повышенной частоте вращения, которая, с учетом возбуждения от постоянных магнитов, может обеспечиваться только за счет увеличения на­пряжения на якоре двигателя, что должно быть предусмотрено схемой тиристор - ного преобразователя, от которого питается такой двигатель (рис. 1.4).

Как статические, так и динамические характеристики ВМД могут быть по­лучены из следующих уравнений [5]:

Dl,

И = е+1яг + £—; (1.1)

П. об/мин

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Рис. 1.3. Диаграммы зависимости допустимых моментов от частоты вра­щения для высоком ом ентного электродвигателя:

1 — зона длительной работы; 2 — зона кратковременной работы; 3 — зона ра­боты в переходных режимах

Е=КФа>;

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Рис. 1.4. Эквивалентная схема подключения ВМД к выходу тиристорного преобразователя: Итш — напряжение ТП-, £тц н гтп — индуктивность и сопротивление выходной цепи ТП - L и г я — ин­дуктивность и сопротивление якорной цепн двигателя

D о)

М — М~ = J-------------------------------------------------- . (1.4)

Dt

Здесь г—полное активное сопротивление якорной цепи, Ом; L — полная ин­дуктивность якорной цепи, Гн; е — ЭДС вращения двигателя, В; KPN[2 па— Конструктивный коэффициент двигателя; р, N, а — соответственно числа пар полюсов, активных проводников и параллельных ветвей обмотки якоря; Ф — магт ннтный поток возбуждения двигателя, Вб; со — механическая угловая скорость двигателя, рад/с; М, Мс — соответственно момент, развиваемый двигателем, и момент статического сопротивления на валу двигателя', Нм; J — момент инерции привода, включающий в себя момент инерции двигателя /Дв и приведенный к валу двигателя момент инерции механической передачи J м-

Поскольку для ВМД произведение является величиной постоянной, ее обозначим как с=КФ. Значение с определяется по паспортным данным двигате­ля для установившегося номинального режима

^ном — /я. ном г

С =---------------------------------------------------------------- . (1.5)

Шном

Совместное решение уравнений системы (1.1—1.4) относительно угловой скорости со и момента М при с=const и Мс = const и последующая запись ре­зультата в операторной форме при нулевых начальных условиях дают:

TOC o "1-3" h z Р2НР) + + Т"V" ТТ~ ~ "Г" (Ь6)

Гэ Гэ7м ТэТы с с2 J

РЩр) + ~ рЩр) + уу- Щр) = —Г р^(р)+Л1с(р)1, (1.7)

Э Э М э м * J

где г/с2 М0(р)=Асйс(р)—изображение статического перепада скорости, вызван­ного падением напряжения от тока статической нагрузки на активном сопротив­лении якорной цепи, рад/с; Ts=L/R — электромагнитная постоянная якориой це­пи, с; 7,м=^'"/с2 — электромеханическая постоянная времени, с.

'/г

01

Тэр + 1

ТмР

Рис. 1.5. Структурная схема ДПТ, где промежу­точная переменная — момент двигателя М

Из уравнений (1.6—1.7) легко записываются передаточные функции ВМД при возмущении по управлению

(Р) Кдв

- ' Wy(p) =■

ГК

Дв

И при возмущении по нагрузке WH(p) = -

(1.8)

U(p) ТэТар2 + ткр+1

Ашрр)

(1-9)

Мс {р) ТдТ»р* + Тир + 1 Где /Сдв = 1/с.

По полученным уравнениям и передаточным функциям можно составить структурную схему ВМД. При этом в качестве промежуточной переменной, от­ражаемой на структурной схеме, может приниматься момент двигателя для. учета момента статического сопротивления. При использовании двигателя в электропри­воде, выполненном по структуре подчиненного регулирования для выделения контура тока, необходимо в структурной схеме электродвигателя в качестве промежуточной переменной принять ток якоря. Структурная схема ВМД для первого случая приведена на рис. 1.5. Здесь U—U(p)—изображение напряже­ния питания, а Е=е(р)—изображение ЭДС двигателя. Передаточные функции звеньев структурной схемы легко получаются из системы уравнений (1.1—1.4) после записи их в операторном виде

U-E=(r+Lp)in(p); (1.10)

М=Ыя(р); (1.11)

M—Mc = Jpa. (1.12)

Первое уравнение (1.10) после выноса г за скобку и, учитывая, что 1/г=Тэ, можно записать в виде

И—Е=г(1 + Тьр)4я(р). (1.13)

Решая это уравнение относительно in(p) и подставляя его значение в урав­нение (1.11), получим

M-=—^—{U-E). (Ы4)

- 1 +Тър

^U-E

Полученное выражение соответствует первому звену, изображенному на струк­
турной схеме ВМД. Передаточная функция, соответствующая второму звену, по­лучается из уравнения (1.12), если его записать относительно ш

Ш=-4~(М — Мс) (1.15)

Jp

Ти

И учесть, что J= —согласно введенному выше обозначению. Тогда

<°=-$г?-(М-Мс). (1.16) 1 м Р

Обратная связь по частоте вращения изображается по выражению

£=сш. (1.17)

Построение структурной схемы ВМД для второго случая, когда в качестве промежуточной переменной принимается ток якоря, производится следующим образом. Передаточную функцию, соответствующую первому звену структурной схемы (рис. 1.6), можно записать непосредственно по уравнению (1.10), решая его относительно IR (р):

; ■ (1Л8)

Уравнение (1.12) с учетом уравнения (1.11) и, приняв Мс~0, можно запи­сать в виде

CiR(p)=Jpa>. (1.19)

Или

T«(p), (1-20)

Jp

Учитывая связь / и Гм, окончательно можно записать

«■>= . ЧР)- (1-21)

Последнее уравнение соответствует второму звену структурной схемы на рис. 1.6.

При изображении структурной схемы ДПТ (в том числе и ВМД) в составе электропривода, выполненного по структуре подчиненного регулирования, обрат­ная связь по частоте вращения, как правило, не учитывается. Это связано со следующими соображениями [6]. Как всякая замкнутая система, токовый контур стремится воспроизводить на своем выходе входной сигнал, которым в данном случае является напряжение регулятора скорости. Изменение ЭДС, возникающее при изменении скорости" двигателя, является для него возмущением и приводит к отклонению тока якоря от значения, задаваемого входным сигналом. Еслн из­менение скорости, вследствие значительной электромеханической постоянной вре­мени Тм (что характерно для ВМД), происходит сравнительно медленно, а. быст-; родёйствие токового контура велико, ток якоря изменяется в соответствии с из­менением напряжения регулятора скорости независимо от действующего иа кон­тур возмущения в внде изменения ЭДС двигателя. По этой причине на структур­ной схеме эта обратная связь может не учитываться.

Й)

С

1

.

Г

Г(Тэр+1)

СТмр

U-E

4

Рис. 1.6. Структурная схема ДПТ, где проме­жуточная переменная — ток якорной цепи U

Как известно, характер переходного процесса при ступенчатом приложении напряжения к якорю двигателя зависит от соотношения постоянных времени Т3 И Гм. При выполнении условия 4 Т3>ТМ переходный процесс носит колеба­тельный характер, при условии 4 ТЭ<ТМ — апериодический характер, а переда­точная функция двигателя (1.8) соответствует апериодическому звену второго порядка и может быть представлена в виде

U(p)

Wy(p) = ------------ -*»-

(1-22)

(1 + Т, р)( 1 + Тгр)


Где

Л, Г2 =

2 V 4

При условии, что ГэСГм, передаточная функция двигателя будет соответ­ствовать апериодическому звену первого порядка и иметь вид

(1.23)

КЦв

Wy(p) =

1 + Тир ■

Ти

1 э'

На практике для ВМД, устанавливаемого непосредственно на ходовой виит в приводе подач станка, электромеханическая постоянная времени, с учетом при­веденного момента инерции механизма, оказывается весьма значительной, и пе­реходный процесс соответствует апериодическому звену второго, а чаще первого порядка. С учетом этого по рекомендациям СЭВ принято оценивать быстро­действие двигателя по среднему угловому ускорению, которое определяется по формуле [3]

Рад

Sep —

(1.24)

0,63 0>н

'0,63

Где <о, бз — время, за которое двигатель, нагруженный моментом инерции механиз­ма, разгонится до 63% от шПом (для разгона по экспоненциальной кривой T0IS3= '/a Tn, где Tn — время переходного процесса).

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Особенности работы электроприводов в следящем режиме

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua Функциональные схемы следящего привода фазового типа применительно к устройствам чпу Типа нзз-2, н55-2, 2с-42 …

МЕТОДИКА НАСТРОЙКИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua Характеристика тиристорного преобразователя Как элемента системы автоматического регулирования Из специфических свойств тиристорного преобразователя, которые …

Комплектный электропривод Подачи типа Tnp

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua Производим и продаем электроприводы - частотные преобразователи 220-380В для двигателей переменного тока, тел./email +38 …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.