Общие вопросы наладки электроприводов

На станках с ЧПУ перемещение рабочих органов по каждой координате осуществляется от отдельного привода. Число этих приводов на одном станке определяется видом и количеством движений рабочих органов. На сложных станках это число достигает пяти - семи приводов.

Общими требованиями для приводов являются следующие: 1) регулирование подач в широком диапазоне частот вращения; 2) обеспечение постоянного крутящего момента на рабочих подачах; 3) высокая стабильность поддержания установленной скорости резания; 4) высокая точность перемещения рабочего органа станка в широком диапазоне скоростей и в соответствии с заданной программой.

Отношение максимальной скорости подачи к минимальной для приводов станков с ЧПУ: для расточных, фрезерных и токарных - 1000; координатно-расточных и многоцелевых - 2000...3000.

Максимальная скорость подачи необходима на вспомогательных ходах, когда требуется быстрый подход рабочего органа в заданное положение. В механизмах подач на станках с ЧПУ применяют электромеханический, электрический, шаговый и электрогидравлический приводы.

Требования к приводам подач.

1. Возможность дистанционного управления по командам ЧПУ.

2. Расширенный диапазон регулирования скоростей подач, обусловленный, с одной стороны, высокими значениями ускоренных перемещений рабочих органов, а с другой - необходимостью осуществления малых, так называемых ползучих подач для более точного автоматического позиционирования.

3. Более высокая жесткость механической характеристики, необходимая для обеспечения бесскачкового перемещения на малых подачах.

4. Повышенная плавность перемещения рабочих органов.

5. Повышенная долговечность, обусловленная более интенсивной работой подвижных элементов привода.

6. Малая инерционность привода для станков, оснащенных контурным или универсальным устройством ЧПУ.

Электроприводы оснащаются устройствами защиты, которые должны обеспечивать отключение преобразователей электроприводов от сети, а также защиту двигателя и других элементов от перегрузок при аварийных режимах.

Преобразователи приводов подач эксплуатируются в следующих условиях: температура окружающего воздуха 5. . . 45°С; максимальная влажность 80% при 30°С; питание привода производится от трехфазной сети с номинальным напряжением 220; 380; 440 и 500 В с допусками +10 и -15%; частота сети 50 Гц ±2% или 60 Гц ± 2%.

В станках с ЧПУ с электроприводами в качестве исполнительных органов применяют электродвигатели постоянного тока с регулированием частоты вращения в диапазоне от 1:1000 до 1:4000. В станках с ЧПУ отечественного производства широкое применение находят тиристорные преобразователи (табл. 6).

Общие вопросы наладки электроприводов

Электропривод постоянного тока серии ЭТ6 (рис. 21) предназначен для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока в широком диапазоне и применяется в качестве привода подачи и привода главного движения. Электродвигатели для станков с ЧПУ поставляются со встроенными тахогенераторами постоянного тока. Электропривод серии ЭТ6 состоит из двух замкнутых ПИ-регуляторов: контура скоростей контура тока. При наличии рассогласования ∆U1 на входе регулятора скорости PC на его выходе формируется сигнал, пропорциональный этому рассогласованию, который, сравниваясь с текущим значением тока якоря, поступает на вход регулятора тока РТ, который усиливает эту разность и подает управляющее напряжение на схему формирования управляющих импульсов, которая формирует и распределяет импульсы управления силовыми тиристорами. По мере уменьшения рассогласования (под действием отрицательной обратной связи по скорости) происходит стабилизация частоты вращения двигателя на уровне задающего напряжения U3. Коэффициент усиления системы регулирования обеспечивает необходимый диапазон регулирования и достаточную точность поддержания частоты вращения при различных возмущающих воздействиях.

Общие вопросы наладки электроприводов

Ограничение тока якоря двигателя в динамическом режиме осуществляется путем ограничения напряжения выхода PC. Предусмотрено нелинейное ограничение тока в функции скорости.

Схема преобразователя (рис. 22) состоит из согласующего трансформатора ТС, управляемого выпрямителя, токоограничивающих дросселей Д1 и Д2. Трансформатор - трехфазный, имеет две силовые обмотки и обмотку для питания цепей управления. Между силовой обмоткой и обмоткой управления имеется экран.

Выпрямитель состоит из 12 тиристоров, включенных по шестифазной однополупериодной встречно-параллельной схеме. Для ограничения токов служат дроссели; для защиты тиристоров от перенапряжений - защитные RC-цепочки. Схема формирования управляющих импульсов осуществляет формирование и распределение управляющих импульсов на тиристоры и состоит из шести идентичных каналов управления.

Пропорционально-интегральный регулятор скорости. Выполнен на трех микросхемах. Схема первого каскада, состоящая из двух операционных усилителей, обеспечивает термостабильность характеристик электропривода. Второй каскад служит для получения необходимого коэффициента усиления. Регулятор тока с датчиком тока выполнен на операционном усилителе и представляет собой ПИ-регулятор. Датчик тока предназначен для передачи на вход регулятора тока сигнала обратной связи, пропорционального току якоря электродвигателя. Датчик тока выполнен на основе магнитодиодов, включенных в мостовую измерительную схему с усилителем.

Общие вопросы наладки электроприводов

Схема ограничения производной (СОП) входит в контур регулирования тока якоря и обеспечивает ограничение динамических уравнительных токов путем ограничения скорости нарастания напряжения на входе СИФУ. Схема ограничения предельных углов регулирования предназначена для исключения превышения опорного напряжения на динамических режимах и при изменении напряжения питающей сети.

Общие вопросы наладки электроприводов

Схема ограничения тока якоря обеспечивает ограничение тока на заданном уровне, в том числе и нелинейное ограничение в функции частоты вращения электродвигателя. Ограничение тока якоря осуществляется ограничением выходного напряжения регулятора скорости. Величина ограничения тока якоря регулируется в широком диапазоне.

Общие вопросы наладки электроприводов

Общие вопросы наладки электроприводов

Схема защиты предназначена для осуществления защиты электропривода при неправильном подключении фаз, обрыве любой из них, при исчезновении стабилизированного питания любой полярности при перегреве электродвигателя.

Источники питания обеспечивают питание цепей управления постоянным стабилизированным напряжением и собраны по схеме двухканального стабилизатора с последовательно включенными регулирующими транзисторами. Преобразователь монтируется в электрошкаф в вертикальном положении. При монтаже электропривода обратить особое внимание на надежность заземления корпусов электродвигателя, тиристорного преобразователя, дросселей и согласующего трансформатора.

Комплектные тиристорные электроприводы типа БТУ3601 применяют в механизмах подач станков с ЧПУ с высокомоментными электродвигателями постоянного тока мощностью 0,5. . . 18,5 кВт, а также других типов двигателей со встроенными тахогенераторами, имеющими номинальный ток не более 100 А.

Электроприводы типа БТУ3600 могут работать в следующих условиях: температура окружающей среды от 1 до 45°С; вибрации блока преобразователя, силового трансформатора и сглаживающего дросселя в диапазоне 10. . .30 Гц при ускорении 0,5 g; рабочее положение преобразователя - вертикальное.

Электропривод БТУ3600 (рис. 23). Силовая часть устройства (рис. 24), выполненная в виде реверсивного трехфазного мостового тиристорного управляемого выпрямителя, работающего по принципу раздельного управления силовыми комплектами тиристоров КТВ и КТН с запиранием неработающего комплекта (без уравнительных токов), подключается к питающей сети через трансформатор. Схема управления электроприводом выполнена по принципу двухконтурной системы подчиненного регулирования параметров с ПИ-регулятором тока и скорости и конструктивно размещена на двух съемных платах. Преобразователь выполнен в открытом исполнении с односторонним обслуживанием и предназначен для встройки в шкафы комплектных устройств. Динамические характеристики приводов определяют производительность, что не характерно для других станков, где электропривод предназначен для длительных режимов работы с номинальными мощностями.

Динамические характеристики электропривода по нагрузке влияют на точность и качество обработки, стойкость инструмента. Устойчивый процесс резания при необходимой точности обрабатываемой поверхности возможен, если параметры настройки привода обеспечивают при резком увеличении момента нагрузки (в пределах номинального) максимальное снижение скорости не более чем на 40%, с восстановлением первоначального значения за ≤ 0,25 с.

Конструкция станков вследствие уменьшения механической части привода подач изменилась. В ряде случаев стала возможной установка высокомоментных электродвигателей на ходовой винт, что привело к исключению коробок передач. В связи с этим снизилась нагрузка на двигатель при холостых перемещениях и возросла составляющая силы резания.

Общие вопросы наладки электроприводов

Асинхронные двигатели переменного тока в станочных системах с ЧПУ используют в качестве привода главного движения, привода насосов гидростанций, привода насоса охлаждения, привода конвейеров уборки стружки и в других целях. Наиболее широко распространены в станках с ЧПУ асинхронные электродвигатели серии 4А, разработанные взамен двигателей АГ, АОП, А0Л2 и А02.

Асинхронные трехфазные короткозамкнутые двигатели серии 4А предназначены для приводов различных механизмов станков, работающих от сети переменного тока частотой 50 Гц при напряжении 220/380 В. Эти двигатели могут эксплуатироваться при -5. . .+10% отклонений напряжения и ± 2,5% отклонений частоты сети. При одновременном отклонении напряжения и частоты сети двигатель должен сохранять номинальную мощность, если сумма абсолютных значений отклонений этих величин не превосходит 10% и каждое из этих отклонений не превышает норму [2,15, 30].

В асинхронном двигателе серии 4А (рис. 25) охлаждение осуществляется центробежным вентилятором, расположенным на валу двигателя со стороны, противоположной рабочему концу [2].

На рис. 26 представлена конструкция двигателя, в котором охлаждение осуществляется в виде двусторонней симметричной радиальной вентиляции. Воздух засасывается вентиляционными лопатками ротора через торцовые окна в щитах, с помощью диффузора охлаждает лобовые части обмоток статора, сердечник ротора и выводится в боковые окна станины. Торцовые и боковые окна двигателя защищены жалюзи.

Общие вопросы наладки электроприводов

В зависимости от исполнения двигатели серии 4А предназначены для эксплуатации в районах с умеренным, тропическим или холодным климатом. Для умеренного климата температура воздуха - 45. . . +45°С, допустимая среднемесячная относительная влажность окружающего воздуха при температуре 20°С до 80%.

При эксплуатации возможны вибрационные нагрузки в диапазоне частот 1... 35 Гц и максимальным ускорением до 0,5 g (ударные нагрузки недопустимы). Расчетный срок службы двигателей - не менее 15 лет при наработке 40000 ч. Наработка обмотки статора ≥ 20000 ч, наработка подшипников ≥12000 ч.

Двигатели изготовляют со станиной и щитами следующих исполнений: 1) станина и щиты алюминиевые, двигатели с высотой оси вращения 56... 63 мм; 2) станины и щиты чугунные, двигатели с высотой оси вращения 71. . . 350 мм; 3) станина алюминиевая, щиты чугунные, двигатели с высотой оси вращения 71. . .100 мм.

Магнитопроводы статора и ротора собраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В предварительно изолированные пазы статора уложена обмотка.

Двигатели имеют на роторе литую короткозамкнутую обмотку из алюминия. С торца обмотки отлиты выступающие лопатки, которые служат для отвода теплоты от активной части ротора и для перемещения воздуха в статоре.

Тепловые характеристики электродвигателей приводов. В электроприводах вспомогательных механизмов, как правило, используют нерегулируемые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Электроприводы вспомогательных механизмов станков с ЧПУ работают в режимах кратковременных нагрузок и должны обладать повышенным пусковым моментом и высокой перегрузочной способностью. Время пуска электродвигателя малой мощности без нагрузки 0,2.. . 0,3 с, время пуска с нагрузкой 1... 2 с. Во время разгона пусковой ток в 5... 7 раз превышает номинальный Iном, поэтому число повторных пусков должно быть ограничено.

Наиболее опасным для перегрева является режим работы электродвигателя при реверсировании. Увеличение тока обмоток при реверсе двигателей может в 10 раз превышать номинальные значения тока. В связи с этим уровень тока срабатывания максимальной защиты автомата в схемах реверсируемых двигателей должен быть в 12. . . 14 раз выше номинального тока. Ток настройки теплового реле выбирают равным Iном. В этом случае при нагрузке двигателя, равной 1,2. . . 1,3 номинальной, тепловое реле должно срабатывать не позднее чем через 20 мин после пуска. При нагрузке, не превышающей номинальную, тепловое реле не должно срабатывать. Допустимый нагрев, условия и время пуска электродвигателей постоянного тока аналогичны приведенным выше для асинхронных электродвигателей.

При наладке электропривода любого механизма станка с ЧПУ первоначальное включение электродвигателя должно производиться только после готовности к работе приводимого им механизма. Проверка изоляции осуществляется методом прозванивания цепей электрическим щупом или мегоомметром с выходных зажимов магнитного пускателя, автоматического выключателя, предохранителей или другого пускового устройства.

Первоначальное включение электродвигателя производится на 1... 2 с. При этом проверяется легкость хода механизма (по отсутствию треска, шума и т. п), отсутствие задевания крыльчаткой вентилятора двигателя его кожуха, а также правильность направления вращения вала двигателя. Изменение направления вращения вала односкоростного электродвигателя осуществляется переключением любой пары питающих проводов на его выводах.

Далее производится двух-, трехкратное кратковременное включение двигателя с постепенно нарастающей продолжительностью включения, после чего электродвигатель может быть включен на более продолжительный период времени.

Для частотного управления на базе двигателей серии 4А разработаны электродвигатели, рассчитанные на питание от вентильных преобразователей частоты. Ввиду того, что двигатели имеют самовенти- ляцию, при снижении частоты вращения якоря ухудшаются условия охлаждения и на минимальной частоте, равной 0,2 hном, допустимый по нагреву момент нагрузки должен быть равным половине номинального.

Наладка преобразователя электропривода заключается в проведении комплекса работ по испытанию, проверке и настройке тиристорного преобразователя (ТП) с целью обеспечения его надежной работы. Заводы-изготовители, как правило, поставляют заказчикам предварительно проверенные и налаженные электроприводы, что позволяет сократить объем работ по наладке преобразователей. Наладка преобразователя включает проверку силовой части схемы, настройку системы управления и защиты.

Для обеспечения наладочных работ используют электроизмерительные приборы, приспособления, осциллографы с классом точности 0,5. . .1. Наладка выпрямителя выполняется в следующей последовательности: производят осмотр силовых блоков шкафов и проверяют наличие заземления; определяют правильность включения индуктивных делителей тока; измеряют сопротивление изоляции токоведущих цепей.

Наладка системы управления выполняется в следующей последовательности: производится осмотр блоков и комплектности системы управления; проверяется напряжение источников питания и правильность чередования фаз; контролируется узел синхронизации; проверяется форма и правильность чередования управляющих импульсов. Настройка системы защиты производится после настройки систем управления, охлаждения и сигнализации.

Для управления тиристорами служит система импульсно-фазового управления (СИФУ), позволяющая подавать на тиристоры управляющее напряжение с частотой питающего напряжения в заданный момент и в заданной фазе по отношению к нему. Наладку СИФУ начинают с фазировки ТП. При питании ТП от сети надо предварительно проверить симметрию фазовых напряжений и их значения. При отсутствии контрольных гнезд на панели СИФУ можно подключить осциллограф к управляющим электродам тиристоров моста выпрямителя. Если заметного различия в форме импульсов нет, их сравнивают с контрольной осциллограммой.

Целью фазировки ТП является согласование анодных и управляющих напряжений по фазе. Фазировку производят двухлучевым осциллографом (типов С1-16, С1-18 и С1-64). При отсутствии двухлучевого можно воспользоваться однолучевым осциллографом (типов С1-19 и С1-68), подавая анодное и отпирающее напряжения поочередно.

Проверив СИФУ, можно подать напряжение на силовые блоки ТП, предварительно отключив нагрузку. Затем, подключив нагрузку (балластные резисторы), снимают регулировочную характеристику ТП - зависимость выпрямленного напряжения от угла отпирания тиристоров.

Для устранения автоколебаний выпрямленного напряжения ТП используют корректирующие звенья, которые включают в прямой канал регулирования последовательно с объектом регулирования (последовательная коррекция) или в цепь обратных связей (параллельная коррекция).

Общие вопросы наладки электроприводов

В конце наладки, при предварительно замкнутой цепи нагрузки, производится трехкратное кратковременное включение и отключение преобразователя с целью проверки узлов защиты от перенапряжений и исправности силовых тиристоров.

При замкнутой цепи нагрузки и изменении сигнала на входе управления U3 снимается сквозная регулировочная характеристика: UЯ=f(U3), с целью проверки плавности изменения напряжения. Одновременно по форме выпрямленного тока или напряжения окончательно оценивается правильность настройки привода (табл. 7).

Смотрите также