78. Регулируемые электродвигатели постоянного тока для приводов главного движения

В приводах главного движения станков с ЧПУ применяют регулируемые электродвигатели постоянного тока серии 4ПФ. Технические характеристики двигателей основного исполнения с номинальной частотой вращения 1000 мин^-1 приведены в табл. 3.3. Имеются двигатели с номинальной часто­той вращения 500...1500 мин^-1. Основные размеры двигателей приведены в табл. 3.4.

Номинальным режимом работы двигателей в диапазоне частот вращения от 1 мин^-1 до максимальной является S1, возможна работа в режимах S2—S8. Двигатели серии 4ПФ применяются в составе электромеханических приводов с регулированием частоты вращения в двух зонах, В зоне I (рис. 3.2) регулирование производится с постоянным моментом М на шпинделе станка, в зоне II— с постоянной мощностью Р. В зоне I при относительно низкой частоте вращения шпинделя полная мощность привода не может быть использована. Расчетная частота вращения n_p, при которой определяется максимальный крутящий момент на шпинделе, связана с диапазоном регулирования привода R ( ).

79. Регулируемые электродвигатели для приводов подачи

Общие сведения. В приводах подачи современных станков с ЧПУ приме­няют регулируемые электродвигатели постоянного или переменного тока с цилиндрическим и дисковым ротором, с возбуждением от постоянных магни­тов и с электромагнитным возбуждением,

Высокомоментный электродвигатель постоянного тока - это устройство, в которое входят тахогенератор, электромагнитный тормоз, измерительный преобразователь перемещений (рис, 3.3), Возбуждение двигателей большинст­ва типов осуществляется от постоянных магнитов, изготовленных из материа­лов с высокой удельной энергией: оксидно-бариевой керамики, редкоземель­ных магнитных материалов. Двигатели с редкоземельными магнитами выпол­няются по обращенной схеме: постоянные магниты находятся на роторе, а об­мотка якоря на статоре. Типичное расположение областей работы высокомоментного двигателя представлено на рис, 3.4. На область 1 приходится дли­тельная работа двигателя с естественным охлаждением. При использовании независимого принудительного охлаждения двигателя к области длитель­ной работы добавляется область 2, В области 3 двигатель может работать в повторно-кратковременном режиме, при этом обеспечивается номинальная долговечность щеток, и с увеличением допустимого крутящего момента допустимая частота вращения ротора уменьшается. При снижении долговеч­ности щеток кратковременная работа двигателя возможна в области 4. Когда приведенный к валу двигателя момент инерции механической части привода составляет не более половины момента инерции ротора двигателя, для кратко­временной работы при разгоне и торможении исполнительного органа станка может быть использована область 5.

Передаточная функция двигателя при возмущении по управлению

где ω(р) — изображение угловой скорости вала двигателя; υ(p) - изобра­жение напряжения питания; k_д = 1 с^-1; Т_э - электромагнитная постоянная якорной цепи, с; Т_м — электромеханическая постоянная времени, с.

Передаточная функция двигателя при возмущении по нагрузке

где Δω(р) - изображение статического перепада скорости ротора, вызванно­го падением напряжения от тока статической нагрузки на активном сопротив­лении якорной цепи; M_C(p) — изображение момента статического сопротив­ления на валу двигателя; r — полное активное сопротивление якорной цепи, Ом.

Рис. 3.3. Высокомоментный электродвигатель:

1 - резольвер; 2 - прецизионная зубчатая передача; 3 - соединительная муфта; 4 - та­хогенератор; 5 - корпус, 6 - керамические магниты; 7 - якорь; 8 - электромагнитный

тормоз

Рис. 3.4. Области допустимых нагру­зок высокомоментного электродви­гателя

Быстродействие двигателя оценивается по среднему угловому ускоре­нию (рад/с²)

где ω_ном — номинальная угловая скорость двигателя, рад/с; t_0,63 - время, за которое двигатель, нагруженный моментом инерции механизма, разгоняет­ся до скорости, равной 0,63 ω_ном.

В приводах подач станков наиболее удобно использовать высокомоментные двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, Благодаря низкой номинальной частоте вращения (500...1000 мин^-1), возможности длительно работать при малой скорости (до 0,1 мин^-1) с боль­шим вращающим моментом такой двигатель может быть непосредственно свя­зан с ходовым винтом привода подачи. Названные двигатели допускают 6-10-кратную перегрузку по вращающему моменту при малых частотах вращения в течение 20 ...30 мин, а также 1,5—3-кратную при номинальной и максимальной частоте вращения. По сравнению с асинхронными частотно регулируемыми высокомоментные двигатели имеют большие габариты, меньший КПД, худ­шую перегрузочную способность.

Двигатели постоянного тока серии 2ПБВ. Это двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, со встроенным измерительным преобразователем скорости вращения, в качестве которого использован тахогенератор. Могут быть снабжены измерительным преобразователем угла поворота (резольвером или фотоэлектрическим BE-178) и тормозом. Двигатели применяются в основном в приводах подач станков с ЧПУ и гибких модулей, Технические их характеристики приведены в табл. 3.5, где М — номинальный момент двигате­ля; M_mах — максимальный момент; n_mах — максимальная частота вращения ротора двигателя; I — длительный ток при заторможенном роторе; E — напряжение тока при максимальной частоте вращения ротора; J - момент инерции вращающихся частей двигателя; є — расчетное ускорение. Основные размеры двигателей приведены в табл. 3.6. Диаграммы работы представлены на рис. 3.5 и 3.6. Номинальный режим работы - S1. Допускается работа в кратковременном S2, повторно-кратковременном S5 и перемежающемся S8 режимах.

Двигатели постоянного тока серии ДПУ135. Это двигатели с возбужде­нием от постоянных магнитов. Могут быть оснащены тахогенератором, изме­рительным преобразователем положения, безлюфтовым электромагнитным тормозом. Двигатели предназначены для быстроходных механизмов промыш­ленных роботов и станков с ЧПУ, Входят в состав комплектных электропри­водов ЭПУ1 и ЭШИМ1. Технические характеристики двигателей ДПУ 135 при­ведены в табл. 3.7, размеры — в табл. 3.8, диаграммы работы — на рис. 3.7. Обозначения двигателей расшифровываются так: ДПУ - двигатель коллектор­ный постоянного тока управляемый; 135 - диаметр его корпуса в миллимет­рах; 300, 400, 500 — мощность в ваттах; 1,5 — номинальная частота вращения в тысячах оборотов в минуту; Д09 - двигатель с тахогенератором; Д42 -двигатель с тахогенератором и тормозом; Д43 — двигатель с тахогенератором и измерительным преобразователем положения; Д44 - двигатель с тахогене­ратором, тормозом и измерительным преобразователем положения.

При максимальной частоте вращения в интервале времени до 1 мин двига­тели могут развивать момент, равный 0,5M. В переходном режиме в течение 0,2 с допускается кратность максимального момента по отношению к номи­нальному, указанная в табл. 3.8. Двигатели могут работать в режимах: S1, S2 при частоте вращения до 100 мин^-1; S3 при частоте вращения до 1000 мин^-1, времени рабочего цикла до 30 мин и продолжительности вклю­чения ПВ 25 % (см. рис. 3.5).

Вентильные (синхронные) электродвигатели 2ДВУ165 и 2ДВУ215. Эти электродвигатели предназначены для электроприводов станков и промыш­ленных роботов с микропроцессорным управлением. Роль индуктора выпол­няет ротор, оснащенный постоянными магнитами, роль якоря — статор. При взаимодействии магнитного поля ротора с током, протекающим по обмотке статора, ротор приводится во вращение. По сигналам обратной связи, выраба­тываемым преобразователем, закрепленным на роторе, электронный коммута­тор подключает фазы обмотки статора к источнику питания так, что ротор раз­вивает постоянный момент, В обмотку статора встроены терморезисторы, контролирующие ее температуру. Двигатели могут быть оснащены тормозом и фотоэлектрическим измерительным преобразователем перемещений.

Основные технические данные двигателей приведены в табл. 3.9, 3.10, где М — длительный момент на валу двигателя; n_mах - максимальная частота вращения вала; n_ном - номинальная частота вращения вала: n_ном = 0,25 n_mах; I — ток при моменте М на валу двигателя и номинальной частоте вращения; Е — линейная электродвижущая сила при максимальной частоте вращения; J — момент инерции вращающихся частей; є - среднее расчетное угловое ус­корение вала двигателя: є = 5M/J .

Основные размеры электродвигателей приведены в табл. 3.11, 3.12. В ус­ловном обозначении двигателя 2 означает порядковый номер серии; Д — двигатель; В — вентильный; У — управляемый; 165 или 215 — диаметр окруж­ности, на которой расположены центры отверстий на фланце; S, M, L — услов­ная длина сердечника статора; Е — наличие тормоза; 04 или УХЛ4 — вид кли­матического исполнения.