Электрооборудование металлорежущих станков

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 т. д. 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.

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.

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.

READ  Простой источник аварийного освещения

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.

Высокоточные ходовые винты

Высокоточные ходовые винты являются одним из важнейших компонентов подсистемы приводов. Те, кто знаком с работой ручных станков знает, что при вращении рукоятки соединенной с ходовым винтом будет перемещаться рабочий стол станка. На днище стола закрепляется специальная гайка, реагирующая на поворот винта. Таким образом и происходит перемещения стола.

В станках с ЧПУ ходовой винт усовершенствован и позволяет выполнять перемещение с минимальным люфтом и практически без трения

Имеется две причины, по которым устранение люфта очень важно, а именно:

  • Обеспечение сверхточного позиционирования;
  • Нормальное попутное фрезерование возможно в случае выполнения данных условий;

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

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.

READ  Инструкция по наладке, проверке и эксплуатации дистанционной защиты дз-503

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.

Чернов Е.А. Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ. Справочное пособие

Предисловие

Настоящее справочное пособие является продолжением изданное Волго-Вятским книжным издательством в 1986 году книги авторов Е. А. Чернова. В. П. Кузьмина и С. Г. Синичкина «Электроприводы подач станков с ЧПУ. Справочное пособие». В первой книге рассмотрены электроприводы ЭПБ1 БТУ-3601, Кемрон, Мезоматик-А, TNP, а также приведены основные сведения по теории регулируемых тиристорных электроприводов, операционным усилителям и методам настройки и оптимизации переходных процессов.

В новую книгу вошли электроприводы главного движения «Мезоматик-В» и «Кемтор», электроприводы подачи постоянного тока «Мезоматик-К». «Кемток» и «Кемек», переменного тока ЭПБ-1 и «Размер 2М-5-21», а также требования «Интерэлектро» к комплектным электроприводам станков с ЧПУ к следящая часть устройства ЧПУ типа 2С42.

Полностью сохранен стиль изложения материала. Сначала подробно рассматривается принцип построения и работы электропривода с приведением блок-схем, фрагментов принципиальных схем, характеристик и диаграмм, после чего приводятся методика наладки привода в регулируемом режиме.

Сохранены условные обозначения элементов схем в соответствии с технической документацией. В связи с тем, что в рабочей документации на приводы используется поплатный метод маркировки элементов и, следовательно, имеется много двойных одинаковых обозначений, увеличено число ссылок на номер рисунка, где находится тот или иной элемент.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, наладкой и эксплуатацией электрооборудования станков с ЧПУ, электриков-наладчиков промышленных предприятий. Она может с успехом использоваться на курсах повышения квалификации специалистов, а также студентами, специализирующимися в области электропривода и автоматизации машиностроительного производства.

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.

READ  О селективности предохранителей и автоматических выключателей

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.

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.

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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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