ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

СИСТЕМА МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ—ДВИГАТЕЛЬ

В основе этой системы привода находится регулируемый пре­образователь переменного тока в постоянный. Одним из широко­известных способов получения регулируемого напряжения посто­янного тока является сочетание неуправляемых диодов — селено­вых выпрямителей с магнитными усилителями. Последние обеспе-

чивали изменение выпрямленного напряжения в широких преде­лах. С этой целью в цепи диодных выпрямителей включаются ка­тушки с железным сердечником.

Рассмотрим последовательно, как работает такая цепь. Вспом­ним, что катушка с железным сердечником (рис. 31, а), включен­ная в цепь переменного тока, имеет большое индуктивное сопро­тивление. Это связано с тем, что возникающее при прохождении TQKa переменное магнитцое поле наводит в катушке токи, направ­ленные навстречу основному току (вспомните закон электромаг­нитной индукции). Результирующий ток становится малым, что равносильно включению в цепь переменного тока большого сопро­тивления. Амперметр покажет малый ток (рис. 31, а). Если же­лезный сердечник убрать (рис. 31,6), амперметр покажет боль­шой ток. Это произошло из-за отсутствия сильного магнитного поля, источником которого был железный сердечник, намагни­чиваемый током катушки.

Включаем в цепь катушки с железным сердечником диод (рис. 31, в). Амперметр вновь показывает большой ток. Вы, на­верно, догадались, что диод начал выпрямлять переменный ток и постоянная составляющая выпрямленного тока намагнитила сер­дечник. Переменная часть магнитного поля стала малой, сопро­тивление уменьшилось, ток увеличился. От этого выпрямленное напряжение плавно не меняется. Пойдем дальше. Мы убедились, что включение диода как бы ликвидировало железный сердеч­ник, что соответствует наличию в цепи только одной катушки без сердечника (рис. 31,6). Напряжение на выходе выпрямителя максимально. Как же «вернуть» катушке сердечник и тем самым уменьшить, выпрямленное напряжение? С этой целью на тот же сердечник наматывается новая обмотка — обмотка управления (рис. 31,г), в которую плавно подается напряжение постоянного тока в направлении, противоположном току, возникшему от вклю­чения диода. По мере увеличения напряжения управления напря­жение на выходе выпрямителя начинает уменьшаться и наконец становится близким к нулю. Таким образом цель достигнута — напряжение на выходе выпрямителя может плавно изменяться в широких пределах. Такое устройство получило название магнит

ного усилителя. Усилителем он называется потому, что мощность, затрачиваемая на изменение индуктивного сопротивления катушки с железным сердечником, в сотни раз меньше мощности на вы­ходе выпрямителя: Электропромышленностью выпускались три се­рии приводов: ПМУ, ПМУ-М, ПМУ-П. Буква М была присвоена серии после ее модернизации новыми типами магнитных усилите­лей, буква П — серии, которая дополнительно комплектовалась полупроводниковым (транзисторным) промежуточным усилите­лем, в результате чего диапазон регулирования вместо 1 : 10 дос­тиг величины 1: 100.

В зависимости от номинальной мощности привода серия была разбита на 11 исполнений преобразователей: 1 — до 100 Вт, 2 — до 200 Вт, 3 — до 500 Вт, 5 — до 1 кВт, 6 — до 1,5 кВт, 7 — до 2 кВт, 8 — до 3,2 кВт, 9 — до 4,5 кВт, 10 — до 6 кВт и 11 — до 8 кВт.

Каждое исполнение привода имёло в зависимости от типа дви­гателя несколько типоразмеров. Например, ПМУ5М-4 означает: преобразователь пятого габарита с двигателем типа МИ-32, п = = 2500 об/мин, Р — 0,75 кВт. Для приводов небольшой мощности (до 0,5 кВт) применена однофазная схема (рис. 32,а), для при­водов мощностью 0,5—8 кВт — трехфазная схема (рис. 32,6).

Рассмотрим работу однофазной схемы [10]. Силовая часть схемы состоит из четырех диодов VI, включенных по схеме одно­фазного мостового выпрямителя, двух рабочих обмоток магнит­ного усилителя W1 и якоря двигателя постоянного тока М. Его обмотка возбуждения ОВМ питается через резистор R3 от выпря­мителя V2. Сетевое напряжение переменного тока подается в точ­ки а и б. Далее оно при помощи диодов VI выпрямляется и по­дается на якорь двигателя. Величина выпрямленного напряжения определяется током в обмотках W1. Если их индуктивное сопро­
тивление мало, напряжение постоянного тока максимально и двигатель вращается с наибольшей частотой вращения, если оно велико — двигатель вращается с наименьшей частотой вращения. Установка требуемой частоты вращения определяется положени­ем ползунка потенциометра с индексом Р. Если он находится в точке 13, частота вращения минимальна, в точке 14—максималь­на. Промежуточное положение ползунка дает промежуточную час­тоту вращения, которая может плавно изменяться в диапазоне 1 : 10 (например, 300—3000 об/мин или 150—1500 об/мин).

Индуктивное сопротивление катушек с рабочими обмотками магнитного усилителя зависит от величины и направления токов в обмотках управления W2 и W3. Удобнее начать с обмотки сме­щения W3. Величина и направление тока в этой обмотке выбира­ется так, чтобы характеристика вход—выход магнитного усили­теля стала «нормальной», т. е. при нуле на входе и на выходе тоже был бы нуль. Если не соблюдать этого правила, то в аварий­ных ситуациях двигатель может раскрутиться до большой ско­рости.

Главной обмоткой управления является обмотка W2, ток в ко­торой определяет степень «отпирания» магнитных усилителей. Когда он полностью «открыт», сопротивление рабочих обмоток W1 минимально. Этому состоянию соответствует максимальный ток в обмотке W2, т. е. ползунок задающего потенциометра нахо­дится в точке 14 и частота вращения двигателя максимальна. И наоборот, когда ползунок стоит в точке 13, ток в W2 минимален, усилитель «закрыт» и частота вращения минимальна. Если по­смотреть внимательней, то окажется, что ток в W2 зависит не только от положения ползунка потенциометра Р, но и от напря­жения и тока через якорь двигателя. Задающее напряжение и напряжение на якоре направлены встречно. При уменьшении U* разность между обоими напряжениями увеличивается, что приво­дит к автоматическому росту напряжения на якоре. Это и есть обратная связь по напряжению. Цель ее — совместно с обратной связью по току обеспечить прибавку к напряжению на якоре для сохранения (в заданных пределах) установленной частоты вра­щения при увеличении нагрузки на двигатель. При «сбросе» наг­рузки прибавка автоматически сбрасывается.

Рассмотрим случай, когда нагрузка на двигатель увеличилась. Так как при этом увеличивается ток через якорь двигателя, паде­ние напряжения на нем увеличивается. Следовательно, напряже­ние на якоре, а значит и частота 'вращения в момент наброса нагрузки уменьшаются. Это видно из выражения для опре­деления частоты вращения двигателя постоянного тока п = (t/я—/я-Кя)/сеФ. Если член уравнения IrRk растет, то при от­сутствии напряжения ия п падает. Для сохранения заданного уровня частоты вращения надо добавить к имеющемуся значению

і)я величину напряжения, равную новому значению URn-

Вы заметили, что в схеме имеются трансформатор тока ТАУ выпрямитель V3 и резистор R5. При росте нагрузки растет ток, потребляемый из сети. Благодаря наличию трансформатора тока на|| выходе выпрямителя напряжение увеличивается и ток, прохо­дящий через обмотку W2 растет. В результате уменьшается ин­дуктивное сопротивление обмоток W1 и напряжение £УЯ автомати­чески увеличивается. Эта добавка дозируется величиной сопротив­ления резистора R5. Если оно мало, скорость с увеличением наг­рузки резко упадет, т. е. жесткость механических характеристик будет плохая. Если R5 выбрано слишком большим, возникнут автоколебания, что также недопустимо. Чтобы лучше понять ос­новные характеристики привода, рассмотрим пример.

Вы получили с завода, например, привод типа ПМУ5М-4. Со­едините между собой ненагруженный двигатель, преобразователь и задающий потенциометр. Включите в цепь якоря амперметр и поставьте задающий потенциометр в положение, соответствующее птin. Включите сетевое напряжение. Если Вы не ошиблись, двига­тель начнет вращаться с частотой вращения около 250 об/мин. Плавно поворачивая рукоятку задающего потенциометра, вы уви­дите медленное нарастание частоты вращения. Когда рукоятка дойдет до упора, значение частоты вращения составит 2500 об/мин. Снизим частоту вращения до 250 об/мин и дадим нагрузку 4 А приводу с помощью ременного тормоза или другого нагрузочного устройства. Частота вращения оказалась равной 230 об/мин. Под­считаем, на сколько процентов упала частота вращения: Ап= = (250—230)/250 = 8%.

Теперь можно сказать, что изменение частоты вращения при­вода равно 8%. Если он недогружен, то изменение частоты вра­щения уменьшается. Например, нагрузка составляет не 4А, а ЗА. При этом частота вращения будет равна 240 об/мин, следователь­но: Ап = (250—240) /250 = 4 %.

Далее рассмотрим изменение частоты вращения при колебани­ях напряжения сети. Произведем измерения. При нормальном напряжении 380 В « = 250 об/мин, при его снижении на 10% (342 В) п — 200 об/мин, а изменение составит (250—200)/250 = = 20%. Принято это изменение относить к 1% изменения напря­жения сети. В этом случае имеем 20/10 = 2% на 1% изменения напряжения сети. Такое изменение частоты вращения можно сни­зить. Для этого необходимо установить стабилизатор напряжения, питающий задающий потенциометр. С этой целью надо отклю­чить трансформатор TV от сети и питать задатчик от стабилиза­тора. При этом погрешность снизится более чем вдвое.

Однофазные схемы применяли для приводов мощностью до 0,5 кВт. Для приводов мощностью св. 0,5 кВт применяется трех­фазная схема (рис. 32,6), обладающая таким ценным качеством, как минимальная пульсация тока в цепи якоря, что обеспечивает практически полное использование двигателя по моменту. Силовая часть привода содержит шесть рабочих обмоток магнитного уси­лителя W1, включенных в плечи трехфазного мостового выпрями­теля VI. Три обмотки управления W2 соединены последовательно и питаются от задающего потенциометра Р. Сигнал обратной
связи по току формируется трансформатором тока ТА, выпрямля­ется и подается на резистор R5. Трансформатор и выпрямитель V2 служат для питания ОВМ и питания задающего потенциомет­ра Р. Схема управления ничем не отличается от описанной для однофазных приводов.