Электроприводы станков с ЧПУ

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

Электроприводы станков с ЧПУ
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 с ЧПУ помимо двигателей традиционного исполнения также применяют  малоинерционные и высокомоментные дви­гатели постоянного тока.

Асинхронные машины общепромышленного применения

ЭДС и частота в обмотке ротора зависят от скорости пересечения вращающим полем проводника об­мотки ротора, т. е. от разности частоты вращения поля nо  и ротора nр. Чем больше разность   (n — nр), тем большая индуцируется э.д.с. и тем выше ее частота изменения. Следовательно, необходимым усло­вием для возникновения в асинхронном двигателе вращающего момента является неравенство (асинхронность) частот вращения n и nр Именно поэтому двигатель и называется асинхронным (не син­хронным). Разность частоты вращения поля статора и ротора характеризуется коэффициентом скольжения s = (n — nр) /n.

Если асинхронная машина нормального исполнения, то при номи­нальном режиме работы скольжение должно быть в промежутке 0,01—0,1. С появле­нием нагрузки на валу двигателя оно повышается, что вызывает увеличение тока в обмотке ротора, а следовательно, и электромаг­нитного момента. Чем ниже величина скольжения, тем экономичнее работает двигатель. Вращающееся поле, которое создает обмотка статора, может быть двухполюсным, четырехполюсным и так далее. Число пар полюсов – определяют при проектировании обмотки статора. При одной и той же частоте тока в обмотке статора многополюсное поле будет вращаться медленнее, пропорционально числу пар полюсов, что часто используется при ступенчатом регу­лировании частоты вращения.

Популярные статьи  Источники питания в системах электроснабжения

Важными эксплуатационными характеристиками асинхронных машин, работающих в приводах главного движения станков, являются их максимальная перегрузочная способность и кратность пускового момента (отношение максимального момента к номинальному).

Перегрузочной способностью Км называют отношение максималь­ного момента Мтах,, развиваемого двигателем, к номинальному Мн. Это отношение составляет обычно Ки = Мтахн = 1,8 — 2,5. Мо­мент, развиваемый двигателем при пуске (nр= 0), называется пус­ковым моментом.

Отношение пускового момента к номинальному называют крат­ностью пускового момента         Кп = Мпуск/Мн. Кратность пускового момента составляет 1,1 —1,8.

Чем выше перегрузочная способность Км, тем выше способность двигателя к перегрузкам. Больший пусковой момент Кп соответ­ствует двигателям со значительным моментом нагрузки на валу.

Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором со­провождается довольно большим скачком пускового тока. Он иногда может в семь-десять раз превышать номинальный. Обычно двигатели малой мощности пускают прямым пуском.К числу таких двигателей относятся и двигатели приводов металлорежущих станков. Пуск мощных асинхронных приводов сопровождается большой просадкой напряжения, поэтому их пуск производят через различные пусковые устройства или пускают на холостом ходу.В некоторых механизмах иногда требуется плав­ный разгон двигателя. В этом случае наиболее эффективен пуск с помощью тиристорного блока управления, позволяющего плавно уве­личивать частоту питающего напряжения.

Скорость вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором как правило регулируют либо изменением числа пар полюсов, либо изменяют частоту и величину питающего напряжения на статоре машины. Первый способ позволяет довольно просто осуществить лишь ступенчатое регулирование, причем чем больше число пар полюсов обмотки, тем ниже частота вращения. При втором способе достигается плавность регулирования в широком диапазоне, но тре­буются специальные сложные и дорогостоящие электронные системы управления.

Электроприводы станков с ЧПУ

На станках применяют в основном общепромышленные асинхрон­ные двигатели единых серий 4А и АИ (рис. 2.4).

Диапазон мощности выпускаемых двигателей единых серий пол­ностью обеспечивает все потребности станкостроения. В состав этих серий также входят асинхронные двигатели специального исполнения: с повышенной точности по установочным раз мерам; со встроенным электромагнитным тормозом; с повышенным пусковым моментом.

В маркировке асинхронного двигателя указывается его конструк­тивное исполнение, материал подшипниковых щитов и станины, высота оси вращения, установочные размеры, число пар полюсов и климатическое исполнение. Например, 4А80А2УЗ — асинхронный электродвигатель четвертой серии (4А). Тип исполнения — закры­тое (А), высота оси вращения 80 мм, количество пар полюсов — два (2) исполнение для умеренного климата (УЗ).

Во многих станках для подачи масла и охлаждающих жидкостей широко применяются электронасосы серий П и ПА, объединяющие в едином корпусе центробежный насос и нерегулируемый приводной асинхронный двигатель. Мощность и соответственно габаритные раз­меры электронасосов зависят от количества жидкости, подаваемой в единицу времени. Обычно их мощность составляет 0,1—0,6 кВт.

Ремонт электродвигателей

Мандрыкин С.А. Издательство: Энергия Год: 1965 Размер: 1,5 МБ Формат: djvu Качество: хорошее

В брошюре описан ремонт крупных и средних электродвигателей на электростанциях. Указан порядок разборки и сборки электродвигателей и приспособления, облегчающие и ускоряющие эти операции.

Приведены дефекты, выявляемые при ремонте электродвигателей, и последствия несвоевременного устранения дефектов. Приведены нормы на зазоры в подшипниках, между статором и ротором, на вибрацию с указанием, к чему приведет .несоблюдение этих норм. Описаны ремонт и замена подшипников, правка валов, центровка двигателей с приводным механизмом, определение причин вибрации и методы их устранения.

Журналы и бланки

БухгалтерияОхрана труда и техника безопасностиМЧСКадровая работа: Журналы, бланки, формыЖурналы, бланки, формы документов для органов прокуратуры и суда, минюста, пенитенциарной системыЖурналы, бланки, формы документов МВД РФ, РосгвардииКонструкторская, научно-техническая документацияЛесное хозяйствоПромышленностьГостиницы, общежития, хостелыСвязьЖурналы и бланки по экологииЖурналы и бланки, используемые в торговле, бытовом обслуживанииЖурналы по санитарии, проверкам СЭСЛифтыКомплекты документов и журналовНефтебазыБассейныГазовое хозяйство, газораспределительные системы, ГАЗПРОМЖКХЭксплуатация зданий и сооруженийЖурналы и бланки для нотариусов, юристов, адвокатовЖурналы и бланки для организаций пищевого производства, общепита и пищевых блоковЖурналы и бланки для организаций, занимающихся охраной объектов и частных лицЖурналы и бланки для ФТС РФ (таможни)Журналы для образовательных учрежденийЖурналы и бланки для армии, вооруженных силБанкиГеодезия, геологияГрузоподъемные механизмыДокументы, относящиеся к нескольким отраслямНефтепромысел, нефтепроводыДелопроизводствоЖурналы для медицинских учрежденийАЗС и АЗГСЭлектроустановкиТепловые энергоустановки, котельныеЭнергетикаШахты, рудники, метрополитены, подземные сооруженияТуризмДрагметаллыУчреждения культуры, библиотеки, музеиПсихологияПроверки и контроль госорганами, контролирующими организациямиРаботы с повышенной опасностьюПожарная безопасностьОбложки для журналов и удостоверенийАптекиТранспортРегулирование алкогольного рынкаАвтодороги, дорожное хозяйствоСамокопирующиеся бланкиСельское хозяйство, ветеринарияСкладСнегоплавильные пунктыСтройка, строительствоМетрологияКанатные дороги, фуникулерыКладбищаЖурналы для парикмахерских, салонов красоты, маникюрных, педикюрных кабинетовАрхивыАттракционы

Книги

Нормативные правовые актыОбщественные и гуманитарные наукиРелигия. Оккультизм. ЭзотерикаОхрана труда, обеспечение безопасностиСанПины, СП, МУ, МР, ГНПодарочные книгиПутешествия. Отдых. Хобби. СпортНаука. Техника. МедицинаКосмосРостехнадзорИскусство. Культура. ФилологияДругоеКниги издательства «Комсомольская правда»Книги в электронном видеКомпьютеры и интернетБукинистическая литератураСНиП, СП, СО,СТО, РД, НП, ПБ, МДК, МДС, ВСНГОСТы, ОСТыЭнциклопедии, справочники, словариДомашний кругДетская литератураУчебный годСборники рецептур блюд для предприятий общественного питанияЭкономическая литератураХудожественная литература

Популярные статьи  Плохо ли, что часть неизолированого провода касается пластика?

Двигатели

Двигатели – вторая, и не менее важная, составляющая подсистемы приводов станка с ЧПУ. Именно двигатель приводит в движение высокоточный ходовой винт станка с ЧПУ. В конструкциях современных станков с ЧПУ наиболее часто используют серводвигатели или шаговые двигатели.

Шаговый двигатель – устройство электромеханическое, предназначенное для преобразования электрического сигнала управления в механическое дискретное перемещение. По конструктивному исполнению шаговые двигатели делят на:

  • С постоянным магнитным сопротивлением;
  • С переменным магнитным сопротивлением;
  • Гибридные электродвигатели;

По принципу работы эти электродвигатели не сильно отличаются между собой.

Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Данный электродвигатель состоит из ротора, сделанного из магнито-мягкого материала, и статора, на котором имеется несколько полюсов обмотки. Ниже показан электродвигатель с тремя независимыми обмотками, шести полюсным статором и четырех зубчатым ротором.

Электроприводы станков с ЧПУ

При подаче напряжения на какую-то из обмоток ротор будет стремится занять позицию, при которой магнитный поток замкнется. Это значит, что зубья ротора должны находится строго напротив обмоток статора, на которые подано напряжение (в данном случае напряжение подано на обмотку 1). Если с обмотки 1 снять напряжение и подать его на обмотку 2, то ротор повернется и займет позицию зубьями напротив обмотки 2. Если подать на третью обмотку, то по отношению к обмотке 3 и так далее. Для вращения такого типа электродвигателя необходимо поочередно подавать напряжение на обмотки 1, 2, 3.

Шаговый двигатель с постоянным магнитным сопротивлением

Статор такой машины не отличается по своей конструкции от предыдущей, а вот ротор здесь не такой, он состоит из постоянных магнитов. Ниже показан двигатель с двумя парами полюсов статора и тремя  ротора.

Электроприводы станков с ЧПУ

При подаче напряжения на обмотку 1 ротор станет таким образом, что разноименные полюса будут находится друг напротив друга (если в одной части обмотки статора будет полюс N, то напротив него будет полюс S ротора и наоборот). Для вращения такой машины нужно попеременно подавать напряжения на обмотки 1 и 2.

Гибридные двигатели

Такие электродвигатели сочетают в себе достоинства предыдущий электромашин, имеют большее количество зубьев ротора и полюсов статорной обмотки, а это обеспечивает значительно меньший шаг вращения.

При посылании управляющего импульса системой управления электродвигателю шаговому происходит его поворот на определенный угол, напрямую зависящий от конструкции машины (например, 0,7). При шаге ходового винта в 1 мм один импульс переместит исполнительный орган станка с ЧПУ на 0,7/360х1 = 0,0019 мм. Эту величину называют ценой импульса или разрешением системы. Невозможно осуществить перемещение рабочего органа на величину меньшую разрешения системы. Поэтому легко проследить взаимосвязь между точностью перемещения станка с ЧПУ, электродвигателем и ходовым винтом.

Популярность шаговым электродвигателем помогла завоевать их простота конструкции и легкость управления. Но один существенный минус довольно сильно портит его положительные качества – дискретная или толчковая работа. Это приводит к снижению качества чистовой обработки, появления эффекта «ступенек» при обработке по дуге или наклонной прямой. Возможность работы без сложных и дорогостоящих обратных связей позволяет создавать на базе шаговых двигателей недорогие, но и не высокоточные станки с ЧПУ.

Появление на рынке серводвигателей привело к значительному уменьшению спроса на шаговые двигатели для ЧПУ. Серводвигатели имеют значительно лучшие характеристики и более сложную систему управления. Серводвигатели устанавливаются практически на все новые станки с ЧПУ.

Для управления сервоприводами необходимы целые комплексы, состоящие из микроконтроллеров и датчиков обратных связей, что существенно влияет на стоимость станка с ЧПУ.

Электрооборудование современных металлорежущих станков и обрабатывающих комплексов

Игнатов В.А. и др. Издательство: Высшая школа Год: 1991 Страниц: 94 Формат: djvu Размер: 3.07 Мб ISBN: 5-06-001881-4 Качество: нормальное

Приведены сведения об автоматизированном электроприводе, различных двигателях, аппаратуре релейно-контактного и бесконтактного управления, зашиты и автоматики станков; рассмотрены вопросы программного управления станками от ЭВМ; даны сведения о монтаже, наладке и эксплуатации различного электрооборудования, а также о мерах безопасности при его обслуживании. Учебник может быть использован для профессионального обучения рабочих на производстве.

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.

Популярные статьи  Диэлектрики в электрическом поле

Электроприводы станков с ЧПУ
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 с ЧПУ 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 с ЧПУ 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.

Автоматическое управление торможением станочных электроприводов

Петров Л.П. Р. Г. Подзолов, Л. В. Буштян. — М.: Машиностроение, 1978. — 135 с, ил.— (Электроавтоматика станков). Размер: 2,1 МБ

В книге описаны различные способы автоматического управления электрическим торможением наиболее распространенных в станкостроении электроприводов; с асинхронными короткозамкнутыми двигателями для получения быстрой и точной остановки исполнительных механизмов; дан расчет тормозных устройств

Приведены технико-экономические показатели эффективности различных приводов; основное внимание уделено новым способам комбинированного торможения с применением конденсаторов и управляемых вентилей

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.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: