ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

Выпускают серийные электроприводы с асинхронными двига­телями, реализующие следующие способы регулирования частоты вращения: ПМС и ПМСМ с муфтой скольжения; ТСУ-Р с изме­нением напряжения статора; ТПЧ, ЭКТ, Размер 2М-5-2 с частот­ным регулированием частоты вращения.

Определение направления вращения осуществляется в зависи­мости от того, с какого канала датчика положения первым при­ходит импульс обратной связи. Например, при движении вперед (рис. 49,6, слева — направо) первым появляется импульс кана­ла fi и на выходе D26/6 появляется 1. При этом на D29/3 — 0. Если первым будет импульс /г, то на выходе D26/6 будет 0, а на D28/3 — 1.

Узел КСО при работе в следящем режиме предназначен для преобразования сигнала задания в импульсной форме в анало­говый сигнал, пропорциональный скорости слежения. Этот сигнал подается на вход усилителя скоростного контура ЭТЗИ для ком­пенсации величины рассогласования между заданной частотой вращения и фактической ее величиной. С ростом частоты враще­ния эта ошибка возрастает и сигнал КСО также должен соответ­ственно возрастать. Узел работает в обоих направлениях/ Он со­стоит (рис. 50,а) из логических микросхем D30...D33 и узла ин­тегрирования (V92, 1/93, All и А12).

С целью снижения пульсаций в выходном напряжении инте­гратора импульсы задания расширяются с помощью схемы сов­падения D31 и счетчиков D32 и D33, заполняемых импульсами частотой 500 кГц. Для этого между выходами D32, D33, D31/3, 4, 5 устанавливаются перемычки. Диаграмма преобразования им­пульсов приведена на рис. 50, б.

Работа привода «Вперед»: при включении привода на D31/12 и D31/8 по 1 (цепь R112, С61). Транзисторы V92, V93 открыты, на выходе А11/10 нулевое напряжение. Сформированные в ПИ на D30/1—1, а на D30/12 — 0. V93 закрывается, С53 начинает заряжаться (рис. 50,6). Счетчики D32, D33 работают в режиме «Сложения до заданного кода», обусловленном положением пе­ремычек на входах схемы совпадения D30J3, 4, 5. В момент сов­падения на D31I6 — 0, на D31/8—1. V93 открывается и С53 на­чинает разряжаться. Выходное напряжение All/Ю показано на рис. 50, б.

В режиме «Назад» наоборот — V93 открыт, a V92 закрывает­ся с частотой импульсов задания. Усилитель А12 служит для ин­тегрирования выходного напряжения В режиме позиционирова­ния КСО отключается путем установки перемычки.

Отработка сигналов рассогласования производится следующим образом. На выходе двух каналов, состоящих из счетчиков (см. рис. 48) D11...D13 и D17...D19, включен фазовый дискримина­тор (D14, D7, D15), который измеряет фазовый сдвиг сигнала одного канала относительно другого (после соответствующего переполнения счетчиков). Минимальная величина сдвига 0,5 мкс, максимальная — 0,5 мс (исходя из частоты тактирования 2 мГц).

Возможны два случая работы дискриминатора: импульсы за­дания отсутствуют (или совпадают с импульсами обратной связи) и существуют. Рассмотрим случай, когда импульсы задания отсут­ствуют или совпадают с импульсами обратной связи (см. рис. 49). Сигналы тактирования частотой 2 мГц подаются на входы 14

Если между двигателем переменного тока и рабочим механиз мом установить электромагнитную, муфту (рис. 52), то такое уо тройство может обеспечить плавное изменение частоты вращени механизма. Муфта может только уменьшать частоту вращения Как же это происходит? Как и любая муфта, она состоит из двуз основных частей: ведущей 1 и ведомой 2. Ведущая часть (якоры соединена с валом двигателя и имеет неизменную скорость вра щения, равную номинальному значению частоты вращения дви гателя. Конструктивно она выполнена в виде стального цилиндра с толстыми стенками. Внутри цилиндра расположена ведомая часть — зубчатый индуктор, представляющий собою магнитнукэ систему с кольцевой катушкой возбуждения 3. Питание катушки постоянным током катушки обеспечивается скользящим токопод водом 4, состоящим из щеток и токоведущих колец.

Возбуждаемый постоянным током катушки магнитный поток создает круговое магнитное поле, вызывающее электромагнитное «сцепление» ведомой и ведущей частей муфты.,В зависимости от тока возбуждения степень сцепления или частота вращения ве­домой части изменяется от нуля до максимума. Для оценки час­тоты вращения ведомой части введено понятие скольжения s = = (ид—и)/ид, где Ид — частота вращения двигателя; п — частота вращения вала ведомой части муфты. Величина s характеризу­ет снижение частоты вращения ведомой части муфты относитель­но ведущей. Скольжение муфты зависит от тока возбуждения и момента нагрузки, что дает возможность на входном валу муфты при постоянном моменте нагрузки получить плавное изменение частоты вращения соответствующим изменением тока возбужде­ния. При увеличении момента нагрузки и неизменном токе воз­буждения частота вращения ведомой части муфты падает. При этом увеличивается скольжение и величина индуктированной в ведущей части муфты ЭДС, что приводит к росту момента муфты. Новое равновесие момента муфты и момента нагрузки наступает при более низкой частоте вращения. Следовательно, механические характеристики муфты значительно зависят от нагрузки. Повы­шение жесткости механических характеристик достигается при-

Иенением различных устройств для автоматического изменения Тока возбуждения.

Энергетические характеристики муфты скольжения.

Как и в любом устрой - Втяс, где изменение скорости осуществляется за счет изменения скольжения, в Муфте имеются потери на скольжение, оказывающие влияние на ее параметры. Возникновение потерь на скольжение можно объяснить следующим образом. Рабочие диаметры ведущей и ведомой частей муфт можно считать одинаковы­ми, а передаточное отношение приблизительно равно единице. Ведущая и ведо­мая части муфты передают один и тот же момент, однако за счет разности скоростей вращения мощности передаваемые обеими частями муфты неодинако­вы. Если при одном и том же моменте мощность" (кВт) ведущей части состав­ляет Рвед = Мидв/975,то мощность ведомой части Рведом=Л^гавед/975. Величину Явед можно выразить через скольжение: РВеД = Л4пдв(1— s)/975.

Разность между передаваемыми мощностями обеих частей муфты

ЯВед—Рведом = Мядв8/975. Очевидно, эта разность и является мощностью по­терь на скольжение. Мощность потерь расходуется на нагрев активной поверх­ности якоря. Нагрев якоря быстро растет с увеличением скольжения благодаря росту тепловых потерь. Действительно, при увеличении скольжения увеличи­вается наводимая в якоре ЭДС, что вызывает увеличение вихревых токов.

Кроме того, благодаря действию поверхностного эффекта с увеличением скольжения увеличивается активное сопротивление якоря. В результате потери,

пропорциональные/|£?я, резко возрастают, вызывая увеличение нагрева якоря.

РЬСДОМ і

Идеальный КПД муфты г|м =---------- —:— — 1 — s. С учетом КПД двигателя

1 вед

Им ^дв Не­полученное выражение показывает, что КПД уменьшается с увеличением скольжения. В отличие от КПД коэффициент мощности такого привода зави­сит от передаваемого момента. Если приводным двигателем является асинхрон­ный короткозамкнутый двигатель, то при номинальном моменте нагрузки cos ср будет наибольшим независимо от скольжения муфты. Это объясняется тем, что в данных условиях независимо от скольжения муфты двигатель потребляет из сети требуемую мощность. Мощность потерь на скольжение расходуется на нагрев якоря муфты. При передаче момента менее номинального значения, cos q> привода уменьшается так же, как у асинхронного двигателя.

Представляют интерес энергетические показатели привода с муфтой сколь­жения, работающей в режиме постоянного момента нагрузки, т. е. Pn—^kn (рис. 53, а), в режиме вентиляторной нагрузки Pu = kn3 (рис. 53,6), в режиме постоянной мощности Р=const (рис. 53, в). Кривые показывают, что абсолютные потери при вентиляторной нагрузке не превышают 17% от максимальной мощ­ности, передаваемой муфтой, поэтому для данного случая целесообразны муфты

большой мощности (до 100 кВт) с применением интенсивного охлаждения яко­ря. Для работы в режиме постоянного момента из-за потерь на скольжение муфты больших мощностей нецелесообразны. Муфты для длительной работы в таком режиме ограничены мощностью 3—4 кВт. В повторно-кратковременном режиме или в режимах, когда работа происходит при малых скольжениях, мощ ность муфт, работающих при постоянном моменте, может быть повышена.

Бесступенчатый электропривод серии ПМС с асинхронным электродвигателем, электромагнитной муфтой скольжения и цен­тробежным регулятором частоты вращения. Регулируемый элек­тропривод серии ПМС предназначен для бесступенчатого регули­рования частоты вращения рабочего механизма в диапазоне до 1 :8. Привод серии ПМС применяется в металлорежущих и дере­вообрабатывающих станках, в узлах различных машин, где тре­буется регулирование частоты вращения при постоянном предель­ном значении момента. Приводы серии ПМС предназначены для работы в стационарных условиях на высоте не более 1000 м над уровнем моря, при температуре окружающего воздуха не выше 35 и не ниже 5° С. Для работы в химически агрессивной, взрывоопас­ной и токопроводящей среде приводы серии ПМС не рассчитаны.

Отклонение частоты вращения привода, вызванное изменением напряжения сети в пределах от +5 до —15% номинального зна­чения при неизменной нагрузке, составляет 1 % на каждый про­цент изменения напряжения сети. Отклонение частоты вращения от заданной, вызванное изменением нагрузки в пределах от 0,25 Мном до. Мном, не превышает 20%. Серия ПМС имеет шесть исполнений.

Так как естественные механические характеристики привода являются мягкими, в приводе серии ПМС применяется замкнутая

система автоматического регулирования частоты вращения с цен­тробежным регулятором. Принцип работы привода поясняется электрической схемой (рис. 54). При включении выключателя 5 начинает вращаться асинхронный электродвигатель 9 вместе с якорем 8 муфты скольжения, жестко соединенным с валом элек­тродвигателя. В начальный момент контакты центробежного ре­гулятора частоты вращения 7 замкнуты и катушка возбуждения 11 питается максимальным постоянным током через щетку 1 от трансформатора 3 и выпрямителя 2, первичная обмотка которого подключена к сети через резистор 4.

Индуктор 10 муфты начинает вращаться. По мере нарастания частоты вращения магнитной системы увеличивается центробеж­ная сила, действующая на якорь регулятора. Когда осевая состав­ляющая центробежной силы станет больше силы пружин якоря, контакты регулятора размыкаются и вводят в первичную обмотку трансформатора резистор 6. Ток возбуждения муфты падает, ско­рость индуктора муфты уменьшается, что приводит к понижению центробежной силы и в связи с этим к повторному замыканию контактов регулятора. Частота вращения ведомой части муфты вновь начинает увеличиваться и т. д. Регулятор имеет частоту за­мыканий и размыканий контактов от 10 до 40 циклов в секунду.

Комплектный регулируемый электропривод серии ПМСМ.

Элек­троприводы серии ПМСМ отличаются от приводов серии ПМС наличием полупроводникового регулятора вместо центробежного. Они выпускались восьми типоисполнений с рядом крутящих мо­ментов от 1,7 до 30 Н-м (в настоящее время от 6 до 30 Н-м). В комплект поставки входит агрегат электродвигатель — муфта, блок питания цепи возбуждения и регулирования ПМСУ, тахо­генератор ТМГ-ЗОП и задатчик скорости ПС.

Агрегат электродвигатель — муфта приводов (конструкция 1,. 2 и 3-го видов) типов ПМСМ-1,7, ПМСМ-4 и ПМСМ-6 показане на рис. 55, а. Короткозамкнутый асинхронный электродвигатель 1 трехфазного тока соединяется с корпусом 2 электромагнитной муфты скольжения болтами. В корпусе располагаются ведущая часть муфты — якорь 3 и ведомая часть ■—■ магнитопровод 5. По­следняя состоит из двух зубчатых половинок и катушки 4. Магни­топровод отделен от якоря воздушным зазором около 0,3 мм.

Якорь, изготовленный из стали марки Э12, представляет собой' полый цилиндр с массивными стенками. Для соединения его с ва­лом двигателя имеется ступица. Якорь крепится на валу двига­теля шпонкой и винтом. На ступицу насажен шариковый под­шипник 11, наружное кольцо которого служит опорой для маг - нитопровода муфты. Второй опорой является подшипник 10, за­крепленный во фланце 6 корпуса муфты. Фланец соединяется с корпусом муфты винтами. Выходной вал 9 жестко закреплен в-: магнитопроводе шпонкой и стопорным винтом. Для смазки под­шипников вал снабжен каналом и пресс-масленкой. Катушка пи­тается через скользящий контакт, состоящий из токоведущего' кольца 8, закрепленного на текстолитовом основании и медно­графитовой щетки 7, расположенной в текстолитовом корпусе.

С целью увеличения теплоотдачи наружная поверхность якоря' снабжена 24 поперечными ребрами охлаждения, в корпусе муфты имеются вентиляционные окна, закрытые решетчатым кожухом.. Для крепления агрегата к основанию приводимого механизма служат шесть отверстий. Точная фиксация муфты производится1 двумя коническими шпильками. На выходном валу муфты име­ются шпонка и гайка, навинчиваемая на конец вала 9, для креп­ления шкива. Шкив имеет две канавки, одна из которых служит для соединения через клиновый ремень с тахогенератором, а дру­гая — с рабочим механизмом. ■

На рис. 55, б показана конструкция привода с электромагнит­ной муфтой скольжения 4, 5 и 6-го видов. Электродвигатель 1 присоединен к корпусу 2 муфты. Рабочие части муфты (индуктор* 5 и якорь 5) выполнены из стали марки Э12 и заключены в кор­пус 2, имеющий лапы для крепления привода. Индуктор разъем­ный, состоит из двух половин, между которыми находится обмот­ка возбуждения 6. На цилиндрической поверхности обеих поло­вин индуктора имеются по восемь зубцов, расположенных таким образом, чтобы зубцы одной половины индуктора находились против впадин другой. Индуктор закреплен на ведомом валу муф­ты, опирающемся на два шарикоподшипника 3 и 9. Для питания’

катушки возбуждения предусмотрены два контактных кольца 4.

j Для большей надежности работы при частых реверсах в при­воде ПМСМ-10 применен асинхронный двигатель с отношением пускового момента к номинальному, равным 2,2. Электродвига­тель фланцевого исполнения крепится к корпусу муфты болтами. Якорь 8 цельноточеный с охлаждающими ребрами, зафиксирован на валу двигателя. Выводные провода катушки проложены вдоль вала к контактным кольцам. Воздушный зазор между индуктором и якорем составляет 0,25—0,3 м№. Выходной конец вала привода имеет шкив 14 с тремя ручьями для клиновых ремней, два которых предназначены для передачи момента ведущему вал| а третий, меньшего диаметра,— для вращения тахогенераторі, Соотношение диаметров малого ручья шкива и шкива на тахо­генераторе 1 : 0,9. *

Тахогенератор типа ТМГ-ЗОП представляет собой электриче­скую машину постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. На свободном крнце вала тахогенератора насажен шкив для клиноременной передачу от шкива муфты. Блок регулятора ПМСУ состоит из панели питания И съемной панели усилителя, ко­торые электрически соединяются между собой штепсельным разъе­мом, и смонтирован на основании. Задатчик скорости представляет собой ступенчатый потенциометр, собранный на основе ползунко - вого переключателя ПП60-11, на внешней стороне которого при­паяны 58 резисторов. Задатчик крепится на лицевую панель тре­мя винтами М4.

Принципиальная схема системы автоматического регулирова­ния частоты вращения привода серии ПМСМ приведена на рис. 56. Схема представляет собой двухкаскадный усилитель по­стоянного тока с эмиттерной связью (триггер Шмидта), во вто­ром каскаде которого использована схема составного транзистора на VT2 и VT3. Напряжение обратной связи с тахогенератора G по-

ступает на резистор R1. Стабилизированное опорное напряжение с обмотки трансформатора TV подается на задатчик скорости ПС. В результате сравнения опорного напряжения и напряжения обратной связи на входе транзистора VT1 появляется разностный сигнал AU. Величина опорного напряжения, а следовательно, и частота вращения выходного вала электромагнитной муфты сколь­жения изменяются поворотом рукоятки переключателя задатчика скорости. При нулевом положении переключателя ПС релейный усилитель закрыт вследствие того, что на базу транзистора VTt подается лишь отрицательное напряжение смещения. Если вход­ной сигнал ДU превысит порог срабатывания, транзистор VTt закрывается, a VT2 и VT3 открываются.

В цепь коллектора транзистора VT3 включена обмотка воз­буждения (ОВ) электромагнитной муфты скольжения. Как толь­ко откроется транзистор VT3, по обмотке ОВ начнет протекать ток и частота вращения выходного вала муфты увеличивается до момента, когда сигнал ДU поменяет знак, транзистор VT1 откро­ется, a VT2 и VT3 закроются и муфта начнет тормозиться под действием нагрузки. Далее все повторяется сначала. Обмотка возбуждения муфты питается от двухполупериодногО выпрямите­ля, собранного на диодах V8 и V9 вторичной обмотки трансфор­матора TV. Напряжение смещения поступает с другой обмотки трансформатора TV. Выпрямленное напряжение смещения сгла­живается емкостями Cl, С2. Для защиты транзистора VT3 от не­допустимых перенапряжений, возникающих в момент отключения тока через обмотку, последняя шунтируется диодом V7. Для за­щиты от коротких замыканий служит предохранитель FU на 4 А.