выполнена заливкой пазов алюминием. В зависимости от типа обмотки ротора различают асинхронные двигатели с фазными роторами или асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами.

Нормальное исполнение асинхронных машин — с ротором, расположенным внутри статора. Однако для некоторых приводов, например привода транспортера, оказывается выгоднее расположить вращающийся ротор снаружи статора. Такие машины называют обращенными или машинами с внешним ротором. Они выполняются обычно с короткозамкнутыми роторами.

Среди коллекторных машин переменного тока получили распространение в основном однофазные двигатели малой мощности. Они находят применение в приводах, к которым подвод трехфазного или постоянного тока затруднен или нецелесообразен (в электрифицированном инструменте, бытовой технике). В машинах средней и тем более большой мощности коллекторные машины переменного тока в настоящее время не применяются. Исключение составляют отдельные специальные машины, например машины типа двигателя Шраге —Рихтера.

Большинство машин постоянного тока — это коллекторные машины. Они выпускаются мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Обмотки возбуждения машин постоянного тока располагаются на главных полюсах, закрепленных на станине. Выводы секций обмотки ротора (якоря) впаяны в пластины коллектора. Коллектор, вращающийся на одном валу с якорем, и неподвижный щеточный аппарат служат для преобразования постоянного тока сети в переменный ток якоря (в двигателях) или переменного многофазного тока якоря в постоянный ток сети (в генераторах постоянного тока).

Конструкция машин постоянного тока более сложная, стоимость выше и эксплуатация более дорогая, чем асинхронных, поэтому двигатели постоянного тока применяются в приводах требующих широкого и плавного регулирования частоты вращения, или в автономных установках при питании двигателей от аккумуляторных батарей.

Подавляющее чисто машин постоянного тока выполняется с коллектором — механическим преобразователем частоты. Но существует несколько типов и бес-

---

коллекторных машин например униполярные генераторы, которые используются

для получения больших токов (до 100 кА) при низких напряжениях. В таких машинах коллектор отсутствует, но они могут работать только при наличии скользящего контакта, который состоит из щеток и колец. Постоянный магнитный поток, созданный токами обмотки возбуждения, замыкается по станине, массивному ротору и двум зазорам. Постоянные токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить электрические потери в роторе, в нем делают пазы, в которые укладывают медные стержни. Стержни, приваренные к контактным кольцам, образуют на роторе короткозамкнутую обмотку.

В последние годы получили распространение также бесколлекторные машины постоянного тока с вентильным управлением, в которых механический преобразователь частоты заменен преобразователем частоты на полупроводниковых элементах [12, 23].

---

2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА РОБОТОТЕХНИ-

ЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Электропривод современного робота представляет собой комплекс приводов, каждый из которых управляет определенной степенью подвижности робота.

На рисунке 1 показано схематическое изображение электроприводного робота цифрами 1— 6 обозначены степени подвижности робота. Рассмотрим на примере данного робота наиболее распространенную функциональную схему электроприво­да (рисунок 2). Аналогичными электроприводами снабже­ны широко распространенные роботы «Кука», «Сфера», РПМ-25 и др. [10]. Все шесть электроприводов (ЭП1—ЭП6) управляются от общего центрального вы­числительного устройства (ЦВчУ), которое решает траекторные задачи движения робота и выдает управ­ляющие сигналы на цифровые регуляторы положения отдельных приводов. Цифровые регуля­торы положения управляют сервоприводами в соответствии с сигналами от ЦВчУ и датчиков угла.

Рисунок 1 - Универсальный электромеханический промышлен­ный робот

Особенностями электроприводов являются:

1) широкий диапазон регулирования по скорости и позиционированию, вы-

сокие требования к динамике дви­жения и точности слежения;

2) работа в широком диапазоне изменения моментов нагрузки;

3)длительная работа двигателей в заторможенном режиме.

Указанная специфика относится как к комплексу электроприводов, так и к отдельным электроприво­дам, схемы которых по существу различаются лишь мощностями исполнительных и соответственно управляю­щих элементов. В остальном они построены по общей схеме, показанной на рисунке 2.

Рисунок 2 - Функциональная схема электромеханического робота

Данная функциональная схема электропривода пред­ставляет собой аналого-цифровую систему автоматиче­ского управления. В ней сочетаются преимущества комбинированной аналоговой системы, работающей по принципу трехконтурной системы подчиненного регулиро­вания, с достоинствами цифровой системы (высокая точность цифровых датчиков, удобство программирова­ния работы и так далее).

Первый контур образован двигателем (М) с преобра­зователем (ПР) и регулятором тока (РТ). Во второй контур входят, кроме того, датчик скорости (ДС) и регу­лятор скорости (РС). В третий контур дополнительно входят датчик угла (ДУ) и ЦРП.

В качестве регуляторов тока и скорости использу­ются чаще всего аналоговые операционные усилители, с помощью которых легко реализуется требуемый закон управления [9]. Датчик скорости может быть как аналоговым, так и цифровым. В ряде случаев применение датчика скорости вообще нецелесообразно, поскольку сигнал об изменении скорости может быть вычислен цифровом регуляторе положения путем дифференцирования сигнала с датчика угла.

Таким образом, анализ функциональной схемы, приве­денных на рисунке 2, показывает, что независимо от конкретной схемы электропривод ПР состоит из следую­щих элементов: исполнительного элемента (двигателя); преобразователя; датчиков обратной связи по току, ско­рости и углу; регуляторов тока, скорости и угла (поло­жения).

---

Анализ современных тенденций в производстве элек­троприводов отечественными и зарубежными фирмами показывает, что большинство из них выпускают в настоя­щее время сервоприводы, которые конструктивно объеди­няют двигатель, преобразователь, датчики и регуляторы скорости и тока.

Детальное изучение структуры и функциональных особенностей цифровых регуляторов положения и цент­рального вычислительного устройства выходит за рамки настоящего учебного пособия. Однако их реальные характеристики будут учтены при последующих расчетах динамики электроприводов.

---

3 ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Далее рассматриваются основные эле­менты электроприводов промышленных роботов: двига­тели, датчики обратной связи и регулятора тока, скоро­сти и угла положения.

3.1 Электродвигатели

В настоящее время следящие электроприводы ПР, как правило, строятся на базе электродвигателей постоянного тока , так как при этом получаются более простые надежные схемы управ­ления.

По способу возбуждения электродвигатели делят­ся на двигатели с электромагнитным возбуждением и с возбуждением от постоянных магнитов.

Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов наиболее перспективны вследствие малой инерционности. К преимуществам этих двигателей следует отнести также высокий КПД и независимость магнитного потока воз­буждения от изменений температуры окружающей среды.

Принцип действия двигателя ПТ с возбуждением от постоянных магнитов: при наличии напряжения в цепи якоря и_я по его обмотке пойдет ток, магнитный поток Ф которого, взаимодействуя с пото­ком возбуждения Ф от постоянных магнитов, вызовет вращение ротора (якоря) двигателя. Регулирование угловой скорости вращения якоря осуществляется изменением напряжения. При этом поток возбуждения Ф остается постоянным при всех скорос­тях, что создает благоприятные усло­вия для коммутации и устойчивой ра­боты.

По способу подведения напряже­ния в обмотку якоря двигатели ПТ делятся на коллекторные и бесконтакт­ные. В коллекторных машинах ток к электрической обмотке якоря подводится с помощью щеток. Недостаток таких двигателей —искрение под щетками, что ускоряет их износ и уменьшает срок службы двигателя.

Магнитные системы двигателей ПТ с возбуждением от постоянных маг­ни-

тов отличаются большим разнообра­зием (радиальные, скобообразные, кольцевые

магниты и так далее). В качестве магнитных материалов используются дешевые ферриты, имеющие высокую коэрцитивную силу, что позволяет повысить мощность, то есть создать высокомоментные двигатели.

Известны три вида конструктивного исполнения яко­рей двигателей ПТ: обычный, гладкий и малоинерцион­ный. Гладкий якорь имеет меньшее индуктивное сопро­тивление, чем обычный якорь, что значительно уменьшает искрение под щетками. Малоинерционный якорь испол­няется полым или дисковым. Уменьшенный момент инерции таких якорей обеспечивает высокое быстро­действие двигателя.

3.1.1 Д в и г а т е л и П Т с в е н т и л ь н ы м ( т и р и с т о р н ы м ) у п р а в л е н и е м . Благодаря успехам раз­вития полупроводниковой техники в последние годы ста­ло возможным использование вентильных (тиристорных) преобразователей для управления угловой скоростью двигателей ПТ. Под электрическим вентилем подразуме­вается идеализированный нелинейный двухполюсный вы­прямительный элемент, имеющий нулевое сопротивление при одной полярности напряжения и бесконечное сопро­тивление при противоположной полярности. Электротех­ническим устройством, наиболее близким по свойствам к электрическому вентилю, является выпрямительный диод.

---

Смотрите также файлы

• заключение.doc

• liter.doc

• РЕФЕРАТ.doc

• Содержание.doc

• Рамки для слайдов задолбался.doc