Файл: Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков.doc

Для устранения неправильных операций и аварийных режимов работы электрооборудования в схеме станка предусмотрены следующие защиты и блокировки:

а) момент окончания обработки детали фиксируется конечным выключателем KB, замыкающий контакт ко­торого замыкается после отключения фрикционной муфты (это нужно, чтобы подать команду на отсчет времени холостого хода);

б) холостой ход станка ограничивается реле вре­мени РВ, которое отключает двигатель главного привода, если в течение выдержки времени реле (3—8 мин) подачи станка не будут включены;

в) защита электрооборудования от перегрузок осуще­ствляется тепловыми реле РТГ, РТО и РТГП;

г) защита электрооборудования от коротких замыка­ний осуществляется плавкими предохранителями;

д) нулевая защита осуществляется магнитными пуска­телями КГ, КБХ, которые при снижении напряжения ниже 85% поминального отключают станок.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели

Асинхронные короткозамкнутые двигатели получили ши­рокое распространение в металлорежущих станках бла­годаря ряду преимуществ перед двигателями постоянного тока: меньшей стоимости, простоте и удобству в эксплуа­тации.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя заключается в следующем. При включении обмоток ста­тора на напряжение сети по ним протекает ток, который создает вращающееся магнитное поле. Его магнитный поток пересекает обмотку ротора, выполненную в виде беличьего колеса, и наводит в ней электродвижущую силу (э. д. с.). Но так как обмотка ротора короткозамкнутая, по ней начинает протекать ток, создающий магнитное поле ротора. При взаимодействии магнитных полей ста­тора и ротора создается момент, вращающий ротор в на­правлении вращения магнитного поля статора, однако частота вращения ротора несколько меньше частоты вра­щения магнитного поля статора, называемой синхронной. Ротор как бы проскальзывает относительно магнитного поля статора. Отставание частоты вращения ротора от синхронного характеризуется скольжением



где n_с — синхронная частота вращения в об/мин; n_р — частота вращения ротора в об/мин. Скольжение обычно выражается в процентах и для асинхронных двигателей нормального исполнения составляет при номинальном режиме 1—6%.

---

При увеличении нагрузки на валу двигателя в первый момент времени ротор замедляется, скольжение возра­стает, магнитное поле статора чаще пересекает обмотку ротора, сила тока в обмотке ротора увеличивается, магнитный поток двигателя уменьшается. Однако уменьшение магнитного потока вызывает уменьшение э. д. с., наводи­мой в обмотке статора. С уменьшением этой э. д. с. уве­личивается сила тока статора, величина которого ограни­чивается э. д. с. статора, а это вызывает увеличение ма­гнитного потока двигателя до его прежней величины. Таким образом, магнитный поток двигателя при измене­нии нагрузки практически остается неизменным за счет изменения токов в обмотках ротора и статора. При чрез­мерно большой нагрузке токи в обмотках статора и ротора могут повысить допустимые значения, и обмотки двига­теля сгорят.

Нагрузка на валу двигателя называется статическим моментом. При работе двигателя в установившемся режиме статический момент уравновешен моментом, развиваемым двигателем. Величина этого момента определяется произведением силы на плечо.

Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором сопровождается скачком тока от нулевого зна­чения до некоторой величины, называемой пусковым то­ком. Величина пускового тока достигает 4—8-кратного значения номинального тока двигателя. Это объясняется тем, что в момент пуска вращающееся магнитное поле статора индуктирует в неподвижном роторе э. д. с. значительной величины, а полное сопротивление обмотки ротора в этот момент весьма незначительно, так как оно определяется только активным сопротивлением обмотки.

При включении двигателя на его валу появляется вра­щающий или пусковой момент, значение которого при­водится в каталогах.

Если на валу двигателя имеется статический момент, равный номинальному, то время разгона (в секундах) до номинальной скорости



Основной составной частью всякого металлорежущего станка является электродвигатель (или несколько электродвигателей), от которого полу­чают движение (или от которых) все механизмы и устройства станка. Поэтому электрическая схема должна удовлетворять следующим требо­ваниям:

1) обеспечивать пуск и остановку всех электродвигателей с помощью соответствующего автоматического или ручного устройства (магнитного пускателя, контакторов или ручного выключателя);

---

2) обеспечивать защиту электродвигателя от коротких замыканий и перегрузок;

3) предусматривать сигнализацию о включенном и выключенном поло­жении любого электродвигателя и блокировку, предотвращающую непра­вильные манипуляции обслуживающего станок рабочего. Система бло­кировки, кроме того, должна обеспечивать определенную последователь­ность включения электрических цепей, необходимую для правильного и безопасного обслуживания станка. Например: при включении какого-либо механизма «Вперед» одновременное включение его «Назад» должно быть невозможным; при включении продольной подачи включение попе­речной подачи должно быть запрещено и т. п.

Рациональная эксплуатация электрооборудования метал­лорежущих станков обеспечивает его длительную работу без аварий, простоев и дорогостоящих ремонтов, что позволяет увеличить выпуск продукции и повысить произ­водительность труда станочников. Потеря работоспособ­ности электрооборудования станка в процессе эксплуата­ции происходит главным образом из-за износа или раз­рушения отдельных элементов электрооборудования, раз­регулирования взаимосвязанных элементов электриче­ской цепи, например датчиков и исполнительной схемы, нечеткости срабатывания аппаратуры управления и за­щиты.

Сдача станка в эксплуатацию производится совместно! механиками и наладчиками. При этом бригадир наладчиков заполняет журнал производства наладочных работ, в котором должны быть отражены все данные измерений, устранение выявленных дефектов, изменения в принци­пиальной электрической схеме, протоколы испытаний электрооборудования и акт приемки-сдачи станка. С мо­мента подписания акта приемки-сдачи станок поступает в постоянную эксплуатацию.

---

4. Организация эксплуатации электрооборудования металлорежущих станков

На большинстве предприятий нашей страны эксплуатация электрооборудования ведется в соответствии с «Единой системой планово-предупредительного ремонта и рацио­нальной эксплуатации технологического оборудования». В основе единой системы планово-предупредительного ремонта (ППР) лежат систематически проводимые перио­дические осмотры, при которых выявляют неисправности электрооборудования и намечают мероприятия по преду­преждению возможности их возникновения. Здесь же уста­навливают необходимость того или другого вида ремонта. Система ППР предусматривает текущий уход (межремонт­ное обслуживание), малый, средний и капитальный ре­монты электрооборудования.

Межремонтное обслуживание состоит из наблюдения за выполнением правил эксплуатации электрооборудова­ния, указанных в его паспорте, своевременном устране­нии мелких дефектов, подрегулировки аппаратов. Меж­ремонтное обслуживание электрических аппаратов сво­дится к уходу за контактными соединениями, электро­магнитами и механизмами расцепления (у автоматов). Не рекомендуется заменять серебряные контакты на мед­ные. При образовании копоти на контактах поверхность контакта очищают мягкой тряпкой, смоченной в спирте или другом растворителе.

При значительном износе контактов реле и переклю­чателей контактные поверхности зачищают напильником с мелкой насечкой, стараясь сохранить при этом форму контактной поверхности. Как и в других случаях, запре­щается зачищать контакты наждачной бумагой. Необ­ходимо следить, чтобы контакты были сухими. Смазка контактов не допускается, так как при отключениях между контактами возникает электрическая дуга, которая разлагает масло: пары масла увеличивают загрязнение контактов и препятствуют нормальной работе.

При текущем уходе контролируют величины срабаты­вания реле: ток срабатывания, выдержку времени, на­пряжение втягивания и отпускания и т. д., которые необходимо поддерживать в требуемых пределах. Про­веряют четкость срабатывания механической части реле от руки, а затем при подаче напряжения.

В процессе эксплуатации электрических двигателей необходимо следить за их чистотой и, в особенности, за чистотой обмоток и коллектора. Электродвигатели не должны быть загрязненными как с внешней, так и с вну­тренней стороны: внутрь его не должны попадать влага или масло. Периодически, в зависимости от местных условий, но не реже одного раза в месяц, останавливают электродвигатель и осматривают его. При этом продувают его сухим сжатым воздухом, обращая внимание на то, чтобы пыль действительно выдувалась из электродвига­теля, а не перегонялась из одной его части в другую. В машинах постоянного тока коллектор и щетки должны содержаться в полной чистоте.

При появлении нагара на коллекторе выясняют при­чину его появления, устраняют ее, а затем протачивают или продораживают коллектор. Щетки электрических машин должны работать бесшумно, их контактная по­верхность должна быть хорошо прошлифована к поверх­ности коллектора. Смазку в подшипниках при нормальных условиях работы необходимо менять не ранее чем через 6—12 месяцев работы двигателя. При работе в запыленных помещениях замену надо производить чаще. Заполнение подшипника смазкой допускается не более чем на ^а/₃ объема свободного пространства, более плотная набивка смазки приводит к нагреву подшипника. Вал двигателя после набивки смазки должен свободно проворачиваться от руки. Во время работы электродвигателя необходимо контро­лировать температуру нагрева обмоток и корпуса.

Аппаратура управления, защиты и автоматики

Основными операциями управления электроприводом металлорежущих станков являются пуск, регулирование скорости вращения, изменение направления вращения (реверс), торможение и отключение.

Эти операции могут производиться как при помощи аппаратов ручного действия (рубильников и других простейших выключателей, пусковых и регулировочных реостатов и контроллеров), так и автоматически.

Применение аппаратов ручного действия требует от обслуживающего персонала сравнительно высокой квалификации и навыка, а при работе станка с большой частотой включения и выключения эта аппаратура непригодна, так как требует значительных физических усилий от опера­тора, имеет большие габариты и не обеспечивает необходимой последо­вательности в работе отдельных элементов схемы.

Автоматическое управление обеспечивает автоматический и дистан­ционный пуск двигателей, ускорение, изменение скорости вращения, реверс, останов, торможение и определенную последовательность этих операций. Продолжительность рабочих циклов уменьшается за счет сокра­щения времени переходных режимов, а следовательно, увеличивается производительность и надежность действия, сокращается аварийность, так как исключаются ошибочные операции.

В зависимости от основной аппаратуры, различают три системы авто­матического управления электроприводом металлорежущих станков:

1. Релейно-контакторная система без обратных связей, где в качестве основной аппаратуры используют контакторы, магнитные пускатели и раз­личного рода реле.

2. Бесконтактная, разомкнутая система с применением релейно-контакторной аппаратуры иногда в комбинации с магнитными усилителями. Основные функции управления здесь выполняют специальные многообмоточные генераторы постоянного тока; при этом часто осуществляется автоматическое регулирование скорости электропривода.

Однако релейно-контакторная аппаратура имеет следующие недо­статки:

1) ограниченный срок службы вследствие износа контактов;

2) большое время срабатывания вследствие инерции ее подвижных частей; в сложных схемах управления это становится ощутимым препят­ствием, понижающим надежность работы.

3. Непрерывная замкнутая система управления и регулирования с широким применением бесконтактной аппаратуры. Она отличается от предыдущих схем тем, что вход системы управления связывается с выхо­дом, в связи с чем система является не только системой автоматического управления, но и системой автоматического регулирования, дающей воз­можность автоматически поддерживать на определенном уровне значение какой-либо величины (например, скорости подачи инструмента). Эта система дает возможность одновременно контролировать точность обра­ботки изделия. Применяется она в основном в станках с программным управлением.

Применяемые для управления металлорежущими станками современ­ные электрические аппараты, выполняющие ответственные и весьма раз­личные функции, можно классифицировать по следующим характерным признакам:

1) по назначению — аппаратура управления, защиты и сигнализа­ции;

2) по принципу действия — электромагнитная (контакторы, реле), электротепловая (тепловые реле), электромеханическая (путевые и конеч­ные выключатели), электронная и индукционная;

3) по способу управления — аппаратура ручного и автоматического управления;

4) по роду тока — постоянного и переменного тока.

Исходя из физических явлений, на которых основаны действия аппа­ратов, наиболее распространенными являются:

1) коммутационные аппараты замыкания и размыкания электриче­ских цепей при помощи контактов (рубильники, переключатели, путевые и конечные выключатели);

2) электромагнитные аппараты, действие которых основано на элек­тромагнитных усилиях, возникающих при работе аппарата (электромагнит­ные реле, контакторы);

3) индукционные аппараты, действие которых основано на взаимодей­ствии магнитных полей (индукционные реле).

Контакторы

Контактором называется электромагнитный аппарат дистанционного действия с автоматическим или кнопочным включением, предназначенный для частых включений и отключений силовых электрических цепей Частота включений — до 1500 раз в час. В качестве включающего элемента используется электромагнит.

По роду тока контакторы подразделяются на контакторы постоянного и переменного тока, причем контакторы постоянного тока выполняются одно- и двухполюсными, а контакторы пере­менного тока выполняются двух- и трехполюсными. Втягивающая катушка электромаг­нита у контакторов постоянного тока питается постоянным током, а у контакторов перемен­ного тока — переменным током.

По исполнению контактной системы кон­такторы подразделяются на нормально открытые (н. о.) и нормально закрытые (н. з.). Помимо главных контактов, используемых в силовых цепях для непосредственного вклю­чения электродвигателей, у контакторов име­ются еще вспомогательные или блок-контак­ты, предназначенные для различных переклю­чений в цепях управления.

Магнитные пускатели

Магнитные пускатели переменного тока состоят из одного или двух трехполюсных контакторов, смонтированных на общей панели. В боль­шинстве случаев пускатели снабжены также встроенными тепловыми реле. Магнитные пускатели применяются в основном для пуска асинхронных короткозамкнутых электродвигателей без применения пусковых сопро­тивлений.

Магнитный пускатель с одним контактором является нереверсивным и служит для пуска, защиты двигателя от тепловых перегрузок и защиты от самопроизвольного пуска двигателя при временном исчезновении напря­жения в питающей сети. Магнитный пускатель с двумя контакторами назы­вается реверсивным и служит для обеспечения изменения направления вращения двигателя при автоматическом управлении.

Реверсивный магнитный пускатель также осуществляет защиту дви­гателя от перегрузок и самопроизвольного пуска двигателя при времен­ном исчезновении напряжения в питающей сети.

При исчезновении напряжения в сети втягивающая катушка электро­магнита контактора или магнитного пускателя обесточивается, якорь при этом отпадает и размыкает контакты, подключающие электродвигатель к сети. При появлении напряжения контактор не сработает, так как для этого необходимо нажать пусковую кнопку.

Реле

Аппарат, предназначенный для приведения в действие какого-либо мощного устройства или для регулирования какого-либо процесса при воздействии на него относительно малой мощности, называется реле.

Отличительной особенностью реле является то, что при воздействии на него какой-то мощности, называемой входной величиной, выходная вели­чина его, служащая для указанных выше целей, изменяется скачком, достигая определенного значения.

По виду применяемой для их действия энергии реле можно разделить на электрические и неэлектрические. По своему назначению применяемые в схемах металлорежущих станков реле делятся на реле защиты и управ­ления. Первые служат для обеспечения защиты различных цепей от появ­ления ненормальных режимов работы (понижения напряжения, превыше­ния тока и т. п.), вторые — для переключения различных цепей с целью осуществления определенной последовательности выполнения операций управления.

По способу включения в электрическую цепь электрические защитные реле, в свою очередь, разделяются на первичные, включаемые непосред­ственно в защищаемую цепь, и вторичные, включаемые в защищаемую цепь через трансформаторы тока и напряжения. В схемах металлорежущих станков применяются в основном первичные реле, так как напряжение на их зажимах не превышает 500 в, а токи в их цепи не превышают 100 а.

По способу действия реле делятся на реле прямого действия, непосред­ственно воздействующие на отключающие устройства, и реле косвенного действия, воздействующие на цепь управления вспомогательным током, который называется оперативным. В качестве источника оперативного тока могут быть использованы: междуфазное напряжение, напряжение между фазой и нулем, трансформаторы тока или напряжения, выпря­мители.

Работу реле характеризуют следующие параметры:

1) величина срабатывания — значение входной величины, при котором реле переходит из состояния покоя в состояние срабатывания, при котором выходная величина реле достигает определенного значения и далее остается на этом уровне;

2) величина отпускания — значение входной величины, при котором реле переходит в состояние покоя;

3) время срабатывания - время, в течение которого реле переходит из состояния покоя в состояние срабатывания;

---

4) время отпускания — время, в течение которого реле переходит из состояния срабатывания в состояние покоя.

По последним двум параметрам различают реле мгновенного действия, время срабатывания и отпускания которых не превышает 0,1—0,15 сек, и реле времени, у которых эти параметры могут меняться в пределах от 0,1 секи более. В этом случае употребляется термин «выдержка времени реле». Выдержка времени обычно регулируется.

В схемах управления приводом металлорежущих станков наибольшее распространение получили следующие виды реле:

1) электрические — электромагнитные, электромагнитные поляризо­ванные, с приводом от электродвигателя (моторные реле), электронные и индукционные;

2) неэлектрические — тепловые и некоторые типы реле скорости. Обмотки электрических реле могут питаться или постоянным, или переменным током. Из числа электромагнитных реле обычно выделяются так называемые промежуточные реле, служащие для размножения кон­тактов основных схемных реле, если этих контактов недостаточно или они рассчитаны на малую силу тока.

Электромагнитные реле тока и напряжения. В качестве реле управле­ния в схемах электроприводов металлорежущих станков наибольшее распространение получили электромагнитные реле тока и напряжения. В зависимости от конкретных условий реле напряжения должно реагировать либо на повышение напряжения сверх заданного значения (реле максимального напряжения), либо на понижение напряжения (реле минимального напряжения). Реле тока также делятся на реле максималь­ного тока и минимального тока. В большинстве случаев реле максималь­ного и минимального тока и напряжения имеют одинаковые конструкции. Разница между ними заключается лишь в обмоточных данных втягивающей катушки: реле напряжения имеет обмотку с достаточно большим числом витков провода небольшого сечения и подключается на полное напря­жение источника питания; реле тока имеет обмотку с малым числом витков из провода большего диаметра и подключается последовательно в цепь.

Реле напряжения и тока должны сигнализировать о ненормальном режиме работы установки или отключать ее. Они могут работать в раз­личных условиях с различными величинами срабатывания. Поэтому вели­чина напряжения (или тока) срабатывания их должна регулироваться в достаточно широком диапазоне.

---