ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ТИПОВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Теперь можно перейти к различным режимам работы привода. К ним можно отнести двигательный режим и режим торможения. Например, при подъеме груза привод работает в двигательном ре­жиме, при спуске — в режиме торможения. В теории электропри­вода анализируются работа двигателя при разных знаках момента нагрузки и направления вращения. Для этого используются коор­динаты механических характеристик (см. рис. 20,6), выражающих зависимость частоты вращения от момента, развиваемого двигате­лем.

На рис. 27 показаны возможные режимы работы двигателя в зависимости от типа преобразователя и фазы нагрузки. На рис. 27, а в первом квадранте показан тиристорный преобразо­ватель, питающий двигатель постоянного тока. Двигатель имеет, например, вращение по часовой стрелке, энергия идет от преобра­зователя к двигателю, преобразователь работает в выпрямитель­ном режиме, двигатель М работает в двигательном режиме, энер­гия берется из сети и через преобразователь поступает в двига­тель. Ясно, что аналогично привод будет работать в 111 квадран­те, но вращаться двигатель будет против часовой стрелки.

На рис. 27, б показан двухквадрантный привод, где преобра­зователь нереверсивный. В этом случае в / квадранте привод бу­дет работать точно так же, как и в первом случае, а во II (тор­мозном) квадранте (после контактного реверса преобразователя в режиме спуска груза) источником энергии является груз, вра­щающий двигатель, и поэтому энергия может возвращаться в сеть.

На рис. 27, в показан нереверсивный четырехквадрантный при­вод. В / и II квадрантах происходят те же явления, что и в двух­квадрантном приводе. Если же сделать переключение в цепи яко­ря так, как показано в левой части рисунка, мы попадем в III и IV квадранты. При этом тормозной режим соответствует IV квад­ранту, двигательный — IIL Рекуперация энергии происходит в IV квадранте, где двигатель имеет правое вращение, а потребле­ние энергии из сети происходит в III квадранте, где двигатель име­ет левое вращение. Таких же результатов можно достичь путем реверса тока возбуждения (см.111 и IV квадранты, рис.27,г).

До сих пор мы рассматривали нереверсивный тиристорный пре­образователь, характерной особенностью которого является нали­чие одной группы тиристоров. Четырехквадрантный привод для станков с ЧПУ имеет две группы тиристоров. При работе одной группы двигатель имеет левое вращение, при работе другой — пра­вое. На рис. 27, д показана работа привода в четных квадрантах

6)

-п

механических характеристик. Двигательный режим имеет место в / и III квадрантах, тормозной і— во II и IV. Одна группа тири­сторов работает в / и II квадрантах, другая — в III и IV. Направ­ление вращения двигателя, знак момента, направление энергии показано стрелками. В данном случае применяется схема раздель­ного управления группами тиристоров, т. е. одновременно обе группы работать не могут. Однако до сих пор встречаются схемы

Рис. 28. Схема электропривода для

работы в режиме позиционирования

согласованного управления (рис. 27, е). Из рисунка видно, что для данной системы привода характерен инверторный режим работы во всех четырех квадрантах механических характеристик. Это зна­чит, что если одна группа работает в выпрямительном режиме, другая отдает (инвертирует) энергию обратно в сеть.

Остановимся на других режимах работы электропривода. Сре­ди них в первую очередь следует остановиться на режимах пози­ционирования и слежения. Например, для автоматизации процес­са сверления печатных плат создан электропривод, отличитель­ной особенностью которого является датчик положения на валу двигателя. Благодаря этому датчику обычный электропривод по­лучает новое качество — он может точно отрабатывать заданный угол поворота вала двигателя. В зависимости от вида датчика точ­ность угла поворота изменяется от 1° до 1'. Как же работает та­кой привод? Как дается сигнал на остановку двигателя при до­стижении его валом заданного угла поворота?

Вспомним, что остановке двигателя соответствует нулевое зна­чение задающего напряжения. Эта задача решается путем уста­новки на конце вала (рис.28) потенциометра обратной связи (ПОС). Если задающий потенциометр (3/7) повернуть на какой - то угол, на входе привода появится сигнал, например 5 В, и дви­гатель начнет вращаться. Одновременно начнет вращаться ПОС. Как только он выдаст те же 5 В, напряжение на входе преобра­зователя (сигнал рассогласования ДU) станет равным нулю и при­вод автоматически остановится. Ясно, что если задать при помощи ЗП напряжение 7 В — угол поворота увеличится, если задать 2 В — уменьшится. Для достижения высокой точности отработки заданного угла вместо потенциометров применяют фотоимпульс - ные и другие конструкции датчиков. Но принцип действия оста­ется тем же. Если такому приводу задать программу, состоящую из серии координатных отрезков, соответствующих расстоянию между отверстиями печатной платы, станет ясной работа электро­привода в режиме позиционирования. Он устанавливает плату от­носительно сверла так, чтобы просверлить отверстие в нужном месте. После окончания сверления плата вновь перемещается, вновь происходит сверление и т. д. Так как отверстия могут рас­полагаться в любом месте печатной платы, то одновременно рабо­тают два привода. Один смещает плату, например, по оси X, дру­гой — по оси У.

например, в соответствии с программой устройства ЧПУ. В ре­зультате вал двигателя «повторяет» или «следит» за поворотом ЗП. Таким образом, в следящем режиме имеет место отставание движения двигателя от командного перемещения задающего ор­гана. Это отставание называется скоростной ошибкой. Скорост­ной она называется потому, что с ростом задаваемой частоты вра­щения она увеличивается и наоборот. Так как наличие скорост­ной ошибки приводит к ухудшению качества и точности обработ­ки, разработаны способы компенсации скоростной ошибки. Один из них рассмотрен ниже при Ьписании электропривода нового по­коления серии ЭТА.

Качество системы автоматического регулирования определяет­ся ее динамическими характеристиками. К ним следует отнести время пуска, торможения и реверса и характер переходного про­цесса. На рис. 29 показаны возможные формы переходных процес­сов при пуске, реверсе и торможении. Кривая изменения скорости может быть колебательной (верхний ряд) и апериодической. Ко­лебательность оценивается числом колебаний до перехода скоро­сти в установившееся состояние. Влияние на форму переходного процесса оказывают параметры коррекции, степень обратной свя­зи по скорости и настройка узла токоограничения. Изменяя пара­метры цепи коррекции, резистора в цепи обратной связи по скоро­сти и кратность пусковых токов относительно номинального, мож­но получить различные формы кривых переходных процессов.

Рассмотрим процессы пуска, реверса и торможения в замкну­той по скорости четырехквадрантной системе автоматического ре­гулирования приводом. В первый момент пуска двигатель стоит, а на вход усилителя подается задающее напряжение. Так как на­пряжение тахогенератора при этом равно нулю, усилитель пол­ностью открывается и к якорю двигателя прикладывается макси­мальное н-апряжение. Он разгоняется, частота вращения тут же на­чинает падать — вступил в работу тахогенератор. После достиже­ния примерного равенства напряжений устанавливается частота вращения, соответствующая ее заданному уровню.

Допустим, нам надо поменять направление вращения на обрат­ное. Для этого необходимо поменять знак задающего напряжения. Это вызывает включение той группы тиристоров, которая враща­ет двигатель в обратном направлении. Так как тахогенератор не­которое время еще вращается в прежнем направлении, напряже­ния задания и тахогенератора в первый момент не вычитаются, а складываются. Благодаря этому, происходит быстрое изменение знака выходного напряжения усилителя. После перехода скорости через нуль начинается пусковой процесс, описанный выше. Для быстрого торможения вращающегося двигателя достаточно от­ключить задающее напряжение, при этом включение тормозящей группы тиристоров осуществляется напряжением тахогенератора. Оно включает ту группу тиристоров, которая вращает двигатель в противоположную сторону. В результате происходит эффектив­ное торможение до момента остановки двигателя, при котором .напряжение тахогенератора принимает нулевое значение.