ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ СТАНОЧНЫХ ПРИВОДОВ

Прайс на трехфазные электродвигатели 220/380 АИР декабрь 2014г.

Частота вращения электродвигателя зависит от напряжения на якоре, тока нагрузки и магнитного потока в цепи возбуждения п— (t/я—/я^я)/(сеФ10_8), где п — частота вращения якоря, об/мин; Ux — приложенное к якорю напряжение, В; /я — ток в цепи яко­ря, A; Rя — активное сопротивление якоря, Ом; Ф — магнитный поток цепи возбуждения, Вб; се — коэффициент, зависящий от размеров и конструкции двигателя.

Из формулы видно, что изменять частоту вращения двигателя можно за счет изменения напряжения £/я и магнитного потока Ф. Чем отличаются эти способы? Чтобы ответить на этот вопрос на­до вспомнить, что момент, развиваемый двигателем, зависит от тока в цепи якоря и магнитного потока: М = сиІяФ, где см — коэффициент, зависящий от конструкции и типа машины.

Если ток в обмотке возбуждения не изменять или вместо элект* ромагнитного возбуждения применить постоянные магниты, то М зависит только от /я. Если момент нагрузки находится в пределах от холостого хода до номинального, мощность двигателя пропор­циональна частоте вращения. Этот режим называют регулирова­нием частоты вращения по постоянному предельному моменту (М = const).

Если менять магнитный поток при постоянном значении тока /я, момент, развиваемый двигателем, будет изменяться.

При соответствующем уменьшении магнитного потока мощность

п Мп „ _

И = ^ ■ практически остается неизменной. Этот режим называ­

ют регулированием частоты вращения при постоянной мощности (P = const). На рис. 4 показаны оба режима регулирования.

Как же меняется мощность двигателя с изменением частоты вращения? Учитывая, что мощность — это произведение Мп, лег­ко прийти к выводу, что в режиме М = const при уменьшении частоты вращения падает мощность, в режиме ослабления магнитного потока она практически не зависит от частоты. Су­ществуют способы одновременного из­менения напряжения на якоре и маг­нитного потока [10].

Влияние пульсирующего тока на характеристики двигателя постоянного тока. Двигатель постоянного тока рас­считан для питания «чистым» постоян­ным током - Такой ток получается от аккумуляторных батарей, генераторов постоянного тока и других источников, выдающих постоянный ток практически без всяких пульсаций.

Практика показывает, что подавляющее большинство дви­

гателей постоянного тока питается пульсирующим током, полу­чаемым от различных преобразователей переменного тока в по­стоянный. Отклонение действительной формы тока от идеальной вызывает ухудшение условий работы двигателя. При этом наибо­лее важным является вопрос, связанный с дополнительным нагре­вом двигателя, который происходит за счет появления перемен­ной составляющей пульсирующего тока, увеличивающей потери в стали якоря. В результате этого возникает разница между сред­ним и действительным значениями тока в цепи якоря. Эта раз-

Электродвигатели постоянного тока.

В табл.3 приведены тех­нические данные электродвигателей постоянного тока. По сравне­нию с серией П серия 2П имеет при той же высоте осей враще­ния повышенную мощность, уменьшенный момент инерции, уд­военный срок службы, расширенный диапазон регулирования ча­стоты вращения, сниженный уровень шума, повышенную пере­грузочную способность.

Освоены двигатели с гладким якорем, обеспечивающим высо­кое быстродействие. В отличие от обычных двигателей у двига­телей с гладким якорем отсутствуют якорные пазы. Обмотка яко­ря крепится на его поверхности, что обеспечивает более хорошие условия теплоотдачи. Благодаря этому пусковые токи этих двига­телей в 8—10 раз превышают номинальные, что обеспечивает их высокое быстродействие. Например, время разгона двигателей с гладким якорем не превышает 0,05 с, в то время как у двигателя с обычным якорем оно равно 0,4—0,6 с.

Другим видом быстродействующих двигателей являются дви-

гатели с малоинерционным ротором. Конструкция двигателя (рис. 6, а) с полым цилиндрическим якорем состоит из обмотки возбуждения 1, располагающейся на полюсах 2 магнитопровода, укрепленного в статоре 3. Якорь 4 выполнен в виде полого пласт­массового цилиндра, в который запрессованы проводники обмотки якоря. Ток к обмотке якоря подводится через коллекторно-щеточ­ный узел 7. Внутри полого якоря располагается сердечник 6, яв-; ляющийся частью магнитопровода двигателя (внутренний статор). При такой конструкции вращаются только якорь и связанный с ним вал 5 двигателя.

На рис. 6, б представлена конструкция быстродействующих дви­гателей с дисковым якорем, выполненным в виде немагнитного диска 2, на котором печатным способом наносятся витки его об­мотки. Дорожки — проводники обмотки якоря располагаются ра­диально по обе стороны диска и соединяются через его отверстия. Диск помещен в зазор магнитной системы двигателя, образован­ной полюсами 1 постоянного магнита и ферромагнитными кольца­ми 3. Диск укреплен на валу 5. Ток к обмотке якоря подводится через щетки 4. Коллектором являются изолированные промежут­ки между дорожками диска. Так устроены двигатели серии ДПУ, у которых предусмотрено исполнение с пристроенным тахогенера­тором.

Отдельно надо остановиться на линейных двигателях, обеспе­чивающих не вращательное, а поступательное движение, что спо­собствует упрощению или полному исключению кинематических передач, служащих для превращения вращательного движения в поступательное. Линейные двигатели могут быть асинхронными, синхронными и постоянного тока. Последние получили примене­ние для небольших перемещений органов производственных меха­низмов с высокой точностью и в некоторых приводах подач малых станков.

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами для станков с ЧПУ.

К двигателям для станков с ЧПУ предъявляются особые требования, среди которых можно отметить высокие ди­намические качества, необходимые для создания больших ускоре­ний, высокую перегрузочную способность, диапазон регулирова­ния 1:10 000, высокую равномерность вращения на малых часто­тах вращения, доходящих до 0,1 об^мин. В наибольшей степени этим требованиям отвечают двигатели с постоянными магнитами в цепи возбуждения. Их называют высокомоментными потому, что эти двигатели по сравнению с обычными имеют повышенный кру­тящий момент. Это обусловлено высокими магнитными свойства­ми постоянных магнитов и возможностью увеличения магнитного потока за счет размещения большего количества магнитов в свя­зи с отсутствием обмоточных проводов. Высокомоментные двига­тели имеют частоту вращения в пределах 500—1000 об/мин, что позволяет в большинстве случаев приводить в движение ходовой винт механизма подачи без редукторов и различных механических передач.

Р. ис. 7. Зависимость момента двигателя от частоты вращения в областях работы:

I — длительной; 2 — кратковременной; 3 — в переходном режиме

Почему же двигатель с посто­янными магнитами нашел широкое применение в станках с ЧПУ? Кро­ме упрощения кинематических пе­редач, он обеспечивает максималь­ное быстродействие, т. е. время пуска, реверса и торможения — а эти режимы занимают до 50% рабочего времени — имеет мини­мальное значение. Это можно объяснить свойством такого двига­теля, позволяющего на минимальной частоте вращения работать с высоким допустимым отношением пускового момента к номи­нальному. Если в обычных двигателях это отношение лежит в пре­делах двух—четырех, то в высокомоментных оно составляет 10— 15. Согласно второму закону Ньютона ускорение a — Fjm, где F — сила; т — масса тела. Для электродвигателя вместо силы удоб­нее ввести понятия крутящего момента и момента инерции a = MJI, Мп — максимальный момент, развиваемый двигателем, при пуске; /— момент инерция якоря двигателя и приводимого им в движение механизма. Отсюда видно, что чем больше пусковой момент, тем больше ускорение или тем больше быстродействие. На практике применяют упрощенную формулу для определения ускорения аср = 0,63лн/то, бз, где пи •— номинальная частота враще­ния двигателя: то. вз — время его разгона до 2/Зян, с (хороіпим значением ускорения а следует считать 1000—2000 рад/с2).

На рис. 7 приведена типовая зависимость момента двигателя от частоты вращения. Наибольший момент двигатель развивает при малых частотах вращения. С ростом частоты вращения допу­стимое значение М уменьшается. Это необходимо учитывать при разработке схемы токоограничения. Если для обычных двигателей кратность токоограничения постоянна, то для высокомоментных двигателей необходимо, чтобы пусковой ток якоря снижался с ро­стом частоты вращения. В противном случае мы не сможем пол­ностью использовать свойство высокомоментного двигателя раз­вивать большие ускорения на малых частотах вращения, посколь­ку настройка цепи токоограничения на максимально допустимую кратность на всем диапазоне регулирования приведет к выходу из строя двигателя в режиме работы на наибольшей частоте. Это связано с конструктивной особенностью коллекторных узлов этих двигателей, заключающейся в увеличенном числе коллекторных пластин из-за отсутствия добавочных полюсов, предназначенных для улучшения условий коммутации, т. е. для уменьшения ново­образования под щетками при вращении коллектора. Исключе­ние добавочных полюсов можно объяснить возможностью увели­чения развиваемого двигателем момента за счет установки на их место дополнительных постоянных магнитов. Ограничение искро-
образования при отсутствии дополнительных полюсов достигает­ся увеличением числа коллекторных пластин, что уменьшает на­пряжение между коллекторными пластинами, а следовательно, уменьшается искрообразование. Минимальное расстояние между пластинами при токовой перегрузке приводит к пробою и аварий­ной ситуации. Поэтому двигатели с постоянными магнитами тре­буют особого внимания и надежной защиты от. перегрузок.

Технико-экономический эффект от применения высокомомент - ных двигателей складывается из повышения производительности станка и упрощения его кинематической цепи. Повышение произ­водительности достигается за счет увеличения скорости быстрых перемещений, большого диапазона регулирования скорости и вы­соких динамических показателей. Например, замена двигателей серий ПГТ на высокомоментные двигатели на станке 6560 МФЗ-2 позволила увеличить скорость быстрого перемещения с 4,8 до 9,6 м/мин, а время разгона и торможения уменьшить на 0,5 с. В результате время выхода в заданную координату уменьшается в 2 раза и производительность станка повышается на 18%.