Файл: Глава 27.doc

27.2. Системы электропривода металлорежущих станков

Выбор типа электропривода, в основном, определяется необходимым диапазоном регулирования скорости, требованиями к жесткости механических характеристик во всем диапазоне регулирования скорости. В электроприводах металлорежущих станков различных групп применяются нерегулируемые и регулируемые электропривода.

Для токарных, сверлильных и подобного рода станков с синхронизацией главного движения и подачи при помощи механических коробок передач, а также для главного движения и подачи продольно-строгальных и других подобных станков при небольшой длине стола (L≤3м) применяют привода с асинхронным короткозамкнутым двигателем в сочетании с коробкой скоростей и электромагнитными муфтами.

Во всех других станках применяются различные типы регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для каждого механизма станка. Для привода главного движения, как правило, применяют электропривода с двухзонным регулированием скорости, а для привода подач – с однозонным.

К электроприводам постоянного тока, выпускаемым промышленностью, относятся: ЭШИМ-1 на базе транзисторного преобразователя; ЭПУ-1 и ЭПУ-2 на базе тиристорных преобразователей серии БС. Технические данные этих электроприводов даны в таблице 27.1.

С начала 80-х годов в мировом станкостроении наметился переход от электроприводов постоянного тока к электроприводам переменного тока с бесконтактными электродвигателями: синхронными двигателями, (СД) для механизмов подачи станков и асинхронными (АД) для механизмов главного движения и вспомогательных механизмов. Цифровое и цифроаналоговое регулирование, микропроцессорное управление и развитая диагностика позволяют значительно повысить производительность, точность и надежность работы оборудования и обеспечить тем самым функционирование гибких производственных модулей (ГПМ) и гибких производственных систем (ГПС).

Таблица 27.1

Электроприводы постоянного тока

Параметры	Электроприводы
	Транзисторные		Тиристорные
	ЭШИМ-1 кассетного исполнен.	ЭШИМ-1 модульного исполнен.	Нереверсивные ЭПУ2-1	Реверсивные ЭПУ2-2	Реверсивные
					ЭПУ1-2	ЭПУ1-2Д
Назначение привода	Подачи	Подачи	Подачи	Подачи	Подачи	Гл.движ.
Номинальный момент, Нм	0,06-0,07	1,7-2,2	-	-	0,07-170	-
Номинальная мощность, кВт	-	-	0,25-4	0,25-4	-	2,2-200
Продолжение таблица 27.1
Диапазон регулирования скорости	При М=const 10000:1 30000:1	При М=const 10000:1	10000:1	10000:1	10000:1	10000:1 При Р=const 5:1
Наличие согласующего трансформатора	Есть	Есть	Нет	Нет	Есть при U=110В	Нет
Максимальная скорость, об/мин	2000-4000	2000	1500-3000	1500-3000	2000	3500-5000
Тип двигателя	ДП, ДПУ	ДПУ	4П, 2П	4П, 2П	ДПУ, 2ПБВ	4ПФ, 2ПФ
Полоса пропускания, Гц	100	100	10	10	35-40	20
Тип преобразователя	БУК-б	БУМ	БС3101	БС3201	БС3203П	БС3403Д
Выпрямленное напряжение, В	60	60	115, 230	115, 230	115, 230	230, 460
Номинальный ток, А	4,8	4,8	5, 10, 25	5, 10, 25	25, 50, 100, 200	25-630

---

Технологические характеристики наиболее характерных электроприводов переменного тока, предназначенных для применения в станках, даны в таблице 27.2.

Таблица 27.2

Параметры	Тип электропривода
	Для механизмов подачи				Для механизмов главного движения
	Транзисторно-тиристорный ЭПБ-1	Транзисторный ЭПБ-2	Тиристорный с НПЧ ЭТС-1		Тиристорный с НПЧ ЭТА1-01
Номинальный момент (диапазон моментов)	13-35	0,05-0,7 2,3-70	47-17
Номинальная мощность (диапазон мощности), кВт	-	-	-		3,0-265
Диапазон регулирования скорости при постоянных: моменте мощности	10000 -	10000 -	10000 -		10000 -
Наличие согласующего трансформатора	Нет	Есть Нет	Нет		Нет
Диапазон максимальных скоростей, об/мин	1000-1500	2000-6000 1000-4000	1500		1000-2000
Продолжение таблицы 27.2
Полоса пропускания, Гц	100	100		35		35-40
Двигатели:	Синхронный с возбуждением от постоянных магнитов (феррит) ЧС2П	2ДВУ(рзм) ДВУ (феррит)		4С2П (феррит)		Асинхронный 4ХД4, АД4, 4АММЧП

---

Ниже приведены функциональные схемы наиболее характерных из этих приводов и их краткие описания.

В настоящее время, в связи с появлением новых сверхпрочных режущих материалов, возможно осуществлять высокоскоростную обработку. Применение технологий высокопроизводительной обработки, требует высоких частот вращения механизмов главного движения (шпиндели) и высоких динамических характеристик механизма подач.

В конструкциях привода главного движения высоко скоростных станков при максимальных частотах вращения шпинделя более 10000об/мин практически невозможно использовать электродвигатель с механической редукцией. Поэтому, в этих станках применяются устройства типа «мотор-шпиндель», в которых ротор электродвигателя вмонтирован непосредственно на валу шпинделя.

В мотор-шпинделях применяются, в основном, встроенные асинхронные двигатели, питающиеся от высокочастотных преобразователей, с широким диапазоном регулирования частоты вращения с постоянством мощности. Имеются также разработки синхронных (вентильных) двигателей.

Для повышения динамических характеристик механизмов подачи на таких станках применяют линейные двигатели. В механизмах подачи, в основном, нашли применение линейные двигатели, разработанные на базе асинхронных (индукторных) и синхронных (вентильных) двигателях. В обоих случаях трехфазная обмотка статора находится на суппорте, а ротор выполнен на направляющих в виде «беличьей клетки» для асинхронных двигателей и постоянных магнитов для синхронных.

---

27.2.1. Электроприводы постоянного тока

Электропривод ЭШИМ-1 изготавливается в кассетном и модульном исполнении. Блок кассетного преобразователя содержит блок питания БС9802 и до четырех блоков регулирования БС3001 для независимого питания четырех двигателей. Функциональная схема электропривода ЭШИМ-1 с одним блоком регулирования представлена на рис.27.5.

В состав электропривода входят: блок питания БП типа БС9802; блок регулирования Бр типа БС 3001; двигатель постоянного тока М с встроенным тахогенератором, тормозом, встроенным или пристроенным датчиком пути; дроссель L; выключатель автоматический QF; магнитный пускатель К и согласующий трансформатор Т. Силовая часть блока регулирования представляет собой четырехключевой транзисторный мост, к одной диагонали которого подается напряжение блока питания (60, 150, 220В), а к другой подсоединена якорная цепь электродвигателя.

В систему регулирования и управления входят регулятор скорости (РС), релейный регулятор тока (РРТ) и блоки управления УФЗ и УВТ. Обратная связь по току подается либо от резисторных датчиков (R1...R4) в каждом плече транзисторного моста, либо с помощью датчика тока АТ, имеющего гальваническую развязку выходного сигнала относительно силовой цепи.

Рис.27.5. Функциональная схема (одна координата) электропривода ЭШИМ-1

Сигналом задания на ток является выход ПИ-регулятора скорости. Сигнал n>0,2n_макс, поступающий от УФЗ в РС, предназначен для изменения параметров настройки ПИ-регулятора.

Сигнал блокировки из УФЗ в блоки РРТ запирает транзисторный ключ при срабатывании максимальной токовой защиты. Дроссель L предназначен для сглаживания тока при широтно-импульсном регулировании. Блок питания содержит трехфазный неуправляемый мост с емкостным фильтром и разрядным транзисторным ключом для сброса энергии торможения двигателя в баластный резистор.

Электроприводы однофазные ЭПУ-2 имеют нереверсивное (на основе преобразователя БС3101) и реверсивное исполнение (БС3201).

Нереверсивный блок управления (БС3101) выполнен на основе диодного моста и симистора, включенного на стороне переменного тока, реверсивный – выполнен по симметричной мостовой схеме на четырех тиристорных модулях.

---

Нереверсивные и реверсивные электроприводы построены по одноконтурной астатической структуре с ПИ-регулятором скорости и жесткой отрицательной обратной связью по скорости. Система управления аналогична ЭПУ-1 и описана ниже.

Электроприводы ЭПУ1-1, ЭПУ1-2 выполнены на основе преобразователей БС3203...П, БС3103...Е (или М), БС3303...Д и БС3403...Д. Применяются в станках с ЧПУ, для механизмов подач и главного движения. Эти электроприводы в зависимости от назначения имеют разные технические данные (диапазон регулирования, перегрузочная способность и т.д.) и разные функциональные схемы. Приводы подачи выполнены по одноконтурной и однозонной системе регулирования. Приводы, предназначенные для главного движения, имеют двухзонную систему регулирования скорости. Функциональная схема электропривода ЭПУ1-2...Д приведена на рис.27.6. Система регулирования содержит канал регулирования напряжения якоря двигателя и канал регулирования потока и э.д.с. двигателя.

Система регулирования напряжения якоря выполнена одноконтурной с ПИ-регулятором скорости и отрицательной обратной связью по току на вход управляющего органа (УО) для улучшения динамических характеристик электропривода.

Управление тиристорами производится от трехканальной СИФУ (ФИ1...ФИ3). Для обеспечения постоянного коэффициента усиления системы в режимах непрерывного и прерывистых токов введены нелинейное звено (НЗ) и функциональный преобразователь ЭДС (ФПЕ). Для обеспечения работы ФПЕ только в первой зоне регулирования он питается от датчика напряжения (ДН). Согласование реверсивного сигнала нелинейного звена (НЗ) с нереверсивной регулировочной характеристикой управляющего органа (УО) осуществляет переключатель характеристик (ПХ), управляемый логическим устройством (ЛУ). Узел зависимого токоограничения (УЗТ) обеспечивает снижение уставки токоограничения в функции скорости для улучшения коммутации электродвигателя. Токоограничение (уставка максимального тока привода) обеспечивается резистором R25.

Система регулирования ТПВ выполнена двухконтурной с раздельными ПИ-регулятором тока возбуждения (РТВ) и ПИ-регулятором э.д.с. и отрицательными обратными связями по току

возбуждения и напряжению якоря. Электропривод выполнен по зависимому от напряжения на якоре принципу регулирования скорости. Электропривод обеспечивает работу двигателя при постоянном магнитном потоке в первой зоне регулирования, а во второй зоне – при постоянной мощности двигателя. Для подачи на регулятор РЕ сигнала одной полярности в цепь датчика напряжения поставлен выпрямитель В. Ток возбуждения задается R78, а э.д.с. – R92.

---