Особенности применения электродвигателей постоянного тока для электроприводов станков с ЧПУ

В приводах подач и главного движения большинства станков наибольшее применение получили электродвигатели постоянного тока,которые могут изменять скорость вращения при вы­соком быстродействии и обладают довольно большой перегрузочной способ­ностью. Одной из характерных особенностей этих машин является нали­чие коллекторного узла, отчего их часто называют коллектор­ными. Коллектор — изменяет направления тока в проводниках обмотки якоря (ротора), когда он переходит из зоны магнитного полюса одной полярности в зону полюса другой поляр­ности, т. е. для создания постоянного (направленного в одну сторону) вращающегося электромагнитного момента.

Содержание:

Двигатели общепромышленного назначения

Конструкция электродвигателя постоянного тока общепромыш­ленного назначения изображена на рис. 2.1.

Главные полюсы статора состоят из сердечников 4 и обмоток главного полюса 3.

Чаще всего из листов электро­технической стали набирают сердечники (шихтуют). Якорь двигателя состоит из сердечника 5, об­мотки 2, коллектора с щеткодержателем 6 и вала якоря

Рисунок 2.1.Двигатель постоянного тока общепромышленного назначения
Рисунок 2.1.Двигатель постоянного тока общепромышленного назначения

где: I — вентилятор, 2 — обмотка якоря, 3— обмотка главного полюса, 4 — сердечник главного полюса, 5 — сердечник якоря, 6 — коллектор

Из листов электротехнической стали набирается также и сердечник. Предварительно эти листы покрывают перед сборкой изолирующим лаком, чтобы уменьшить величину вихревых токов, которые возникают в результате перемагничивания. В пазы якоря уло­жена обмотка, которая состоит из секций. Концы ее припаиваются к пластинам коллектора. Для охлаждения двигателя на валу закрепляют вентилятор. Положение якоря фиксируется подшип­никовыми щитами с подшипниками качения или скольжения. С помощью графитовых щеток осуществляют электрический контакт с внешней цепью питания электроэнергией. В щеткодержателе находятся щетки и прижимаются к коллектору пружинами.

Создание магнитного поля в машине постоянного тока называют возбуждением. По способу возбуждения машины подразделяют на:

  • машины с независимым возбуждением. У них обмотку воз­буждения подключают к независимому источнику тока и электрически она не соединяется с обмоткой якоря;
  • машины с параллельного возбуждения (шунтовые). У такого рода машин обмотку возбуждения подключают па­раллельно к обмотке якоря и они запитываются от одного источника;
  • машины с последовательного возбуждения (сериесные). У них обмотку возбуждения включают последовательно с обмот­кой якоря;
  • машины со смешанного возбуждения (компаундные) —  имеет и последовательную и параллельную обмотку возбуж­дения;
  • возбуждение от постоянных магнитов.

Электротехническая промышленность для станкостроения выпус­кает электродвигатели постоянного тока серии 2П с независи­мым, параллельным или смешанным возбуждением. Большой диапа­зон мощностей (0,37—200 кВт), а также  частоты вращения вала(750— 3000 об/мин) двигателей этой серии. И они имеют довольно широкий диапазон регулирования скорости вращения вала делают их незаменимыми в автома­тизированных электроприводах главного движения и подач.

Номинальные напряжения для двигателей данной серии 110, 220, 340, 440 В и соответственно частоты вращения 750, 1000, 1500, 2200 и 3000 об/мин. По конструктивным признакам, по роду защиты и охлаждения различают защитное, защищенное и закрытое испол­нения, двигатели с самовентиляцией, с независимой вентиляцией, с естественным охлаждением, с обдувом от постоянного вентилятора. Выпускаются также двигатели со встроенными тахогенераторами. Конструктивное исполнение, наличие или отсутствие тахогенератора, охлаждение, габаритные размеры и климатическое исполнение ука­зываются в обозначении двигателя. Например, 2ПФ160ЬГУ4 — электродвигатель постоянного тока серии 2П. Тип исполнения – защищенное. Охлаждение производится независимой вентиляцией от постороннего вентилятора (Ф). Высота оси вращения 160 мм, второй длины (Ь). С тахогенератором (Г), климатическое исполнение — У, категория размеще­ния — 4.

Благодаря созданию новых магнитных материалов (таких, как магниты типа «альнико», самарийкобальтовые магниты, ферриты, редкоземельные магниты), обладающих отличными магнитными характеристиками, все более широкое применение получают двига­тели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. В настоящее время только высокая стоимость магнитных материа­лов препятствует вытеснению ими двигателей с электромагнитным возбуждением.

Для использования в  приводах подач станков помимо двигателей традиционного исполнения также применяют  малоинерционные и высокомоментные дви­гатели постоянного тока.

Малоинерционные двигатели

В малоинерционных двигателях значительное бы­стродействие достигается в результате снижения момента инерции якоря путем уменьшения его массы или создания нетрадиционной торцевой конструкции с дисковым якорем. Якорь таких двигателей выполняется в виде диска из гетинакса, на обеих сторонах которого размещена обмотка в виде печатного монтажа. Малоинерционный двигатель серии ПЯ с печатной обмоткой (рис. 2.2) изготовляют в закрытом фланцевом исполнении с естественным охлаждением и с возбуждением от постоянных магнитов.

Малоинерционный торцевой двигатель постоянного тока
Рисунок 2.2. малоинерционный торцевой
двигатель постоянного тока

где: 1 — корпус, 2 — статор  с постоянными магнитами, 3,5 — электромагнитные коль­ца, 4 — щеткодержатель, 6 — якорь с пе­чатной обмоткой.

Наличие намагниченного яко­ря исключает изменение магнитного потока, а значит, и колебания вращающего момента и частоты вращения, что особенно важно при работе на малых частотах вращения. Недостатком малоинерционных двигателей в связи с небольшой массой якоря и незначительным «временем их нагрева является не­допустимость длительной работы с моментом нагрузки, превышаю­щим номинальный. Как и двигатели серии 2П, малоинерционные двига­тели соединяются с ходовым вин­том станка промежуточной меха­нической передачей.

Высокомоментные двигатели постоян­ного тока

Высокомоментные двигатели постоян­ного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют низкую номинальную частоту враще­ния. Низкие номинальные скорости вращения позволяют устанавли­вать их в станки и механизмы без редукторов. Это довольно существенно упрощает конструк­цию электроприводов и дает возможность приблизить источник движения к исполнительному органу станка. Номинальная частота вращения высокомоментных двигателей составляет обычно 1000 об/мин. Он мо­жет работать значительное время при больших перегрузках.

Обычно высокомоментные дви­гатели выпускают со встроенными электромагнитным тормозом, тахогенератором и датчиком положения. На рис. 2.3 показан пример компоновки такого двигателя.

Высокомоментный двигатель постоянного тока
Рисунок 2.3. Высокомоментный двигатель постоянного тока

где: 1 — корпус, 2 — постоянные магниты, 3 — якорь, 4 — электромагнитный тормоз, 5 — тахогенератор, 6 — датчик положения (резольвер), 7 — механическая передача, 8 — соединительная муфта.
Тормоз 4 служит для предотвращения аварий в случае отключения напряжения питания сети, а также для быстрого торможения подвижных узлов станка. Тахогенератор 5 является датчиком скорости двигателя в системе обратной связи его управления. Для обратной связи при управлении двигателем служит также и датчик положения 6, выдающий электрический сигнал, пропорциональный углу поворота вала двигателя. Такая | встроенная конструкция позволяет не только снизить габаритные I размеры привода, но и в результате упрощения связей повысить точность позиционирования.

В свою очередь, наличие постоянных магнитов позволяет умень­шить габаритные размеры системы возбуждения и самого двигателя и улучшить его энергетические и динамические характеристики. Таким образом, эффект от применения высокомагнитных двига­телей в станках складывается из повышения производительности станка и упрощения его кинематической схемы. Повышение же производительности двигателя достигается в результате увеличения скорости быстрых перемещений, большого диапазона регулирова­ния скорости и малой его инерционности.

Отечественной промышленностью для работы в электроприводах станков выпускают высокомоментные двигателя серий ПВБ, ПВ и ДК, отличающиеся формой и материалом постоянных магнитов и якоря. Эти отличия вызваны стремлением снизить диаметр якоря и соответственно момент его инерции. Наличие встроенных устройств, а также степень их защиты и габаритные размеры указываются в условном обозначении типа двигателя. Например, ПБВ160ЬСУЗ — двигатель постоянного тока (П). исполнение — закрытое (Б); высоко­моментный,  возбуждение производится от постоянных магнитов (В).  Высота оси вращения 160 мм, второй длины (Ь). Имеет в наличии встроенный тахогенератор (С). Климатическое исполнение и категория размеще­ния УЗ.

Целесообразность применения машин постоянного тока и способы регулирования скорости вращения этих машин

Важнейшим достоинством всех рассмотренных машин по­стоянного тока является возможность плавного регулирования их частоты вращения в широких пределах.

В электроприводах с машинами постоянного тока это регули­рование чаще всего осуществляется следующими способами: изме­нением напряжения в цепи якоря, импульсным питанием якорной цепи, изменением основного магнитного потока.

При регулирования напряжения в цепи якоря машины постоянного тока с независимым возбуждением подключается к источнику питания где возможна регулировка напряжения (генератор постоян­ного тока или  полупроводниковые преобразователи). Скорость вращения при таком регулировании изменяется прямо пропорционально на­пряжению. Такое регулирование позволяет изменять скорость вра­щения двигателя только в сторону понижения от номинального значения, так как напряжение на якоре свыше номинального недопустимо. Обмотка возбуждения при этом питается от другого источника напряжения. В случае необходимости изменения направления вращения двигателя (реверсирования) изменяют направление тока якоря или возбуждения путем переключения полярности напряжения на соответствующих обмотках.

При регулировании скорости вращения импульсным питанием яко­ря его цепь периодически прерывается. Во время замыкания цепи якоря к его обмотке подводится напряжение и появляется ток. При размыкании этой цепи ток резко убывает. Таким образом, к обмотке якоря подводится некоторое среднее напряжение, которое зави­сит от частоты прерывания тока. Соответственно среднему напря­жению изменяется и скорость вращения.

В машинах с электромагнитным возбуждением частота враще­ния регулируется третьим способом — изменением основного магнит­ного потока. Если уменьшить ток в обмотке возбуждения, то и  умень­шится магнитный поток и возрастет скорость вращения вала. Так как токи возбуждения невелики, этот способ регулирования является довольно экономичным. Такой способ, в отличие от предыдущих способов, позволяет регулировать частоту вращения в сторону увеличения от номинального значения.

Для расширения диапазона регулирования скорости как в сторону повышения, так и в сторону понижения для машин постоянного тока с электромагнитным воз­буждением применяют одновременное регулирование частоты враще­ния изменением токов якоря и обмотки возбуждения — или двухзонное регулирование.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *