17. Пути развития автоматизированного электропривода.

В настоящее время существует устойчивые тенденции развития электропривода, которые отражают как общие направления электротехники и электроники, так и особенности развития станкостроения.

Рассмотрим наиболее характерные тенденции:

1. Приближение источника движения к исполнительному механизму

а)-привод с коробкой передач; б)-привод с одноступенчатым редуктором; в)-прямое соединение двигателя с ходовым винтом; г)-линейный электродвигатель.

Эта тенденция в приводе подачи станка и в приводе главного движения приводит к упрощению конструкции механической части привода, увеличению её жесткости, улучшению динамических качеств и повышению кинематической точности промежуточных передач.

Правда механические передачи в определённых пределах играют положительную роль: они задерживают и существенно сглаживают низкие частоты, возникающие в приводе.

2. Использование специальных, более совершенных исполнительных двигателей. Они должны обладать необходимыми статическими и динамическими характеристиками во всём диапазоне регулирования скорости, который достигает десятков тысяч.

Важным условием является насыщение двигателей вспомогательными информационными и управляющими устройствами, такими, как ТГ, датчик угла, тормоз, тепловая защита.

3. Совершенствование полупроводниковой элементной базы.

Совершенствование электропривода тесно связано с развитием полупроводниковой техники, являющейся базой для создания силовых преобразователей и схем управления. Происходит непрерывное улучшение технических характеристик тиристоров, которые являются основными силовыми элементами электропривода. Непрерывно повышается степень интеграции полупроводниковых устройств. Это позволяет повысить надёжность электропривода, уменьшить габариты СУ и преобразователей. Создаются специализированные микросхемы для управления электроприводом.

4. Расширение функциональных свойств электропривода.

Связано в основном с повышением быстродействия и точности. Получает распространение функциональная связь нескольких приводов подачи.

Важным направлением является создание адаптивных систем управления, которые поддерживают необходимые характеристики (например силу, момент или мощность резания) при изменяющихся возмущающих факторов.

5. Развитие систем цифрового и микропроцессорного управления электроприводами.

В связи с широким использованием ЧПУ для управления станком, возникает несоответствие между цифровой системой управления станком и аналоговой формой управления в электроприводе.

Электропривод с микропроцессорным управлением характеризуется повышенной точностью, гибкостью СУ, универсальностью и простотой сопряжения с ЭВМ, высокой надёжностью и возможностью диагностики.

6. Комплектные системы электроприводов.

Современный электропривод станков и ПР выполняется в виде комплекта электрооборудования. Тенденция комплектной поставки развивается в двух направлениях:

а) во-первых, увеличивается число электроприводов включаемых в комплект ( привод главного движения и все приводы подачи).

б) во-вторых увеличивается объём комплекта. Идеи комплектной поставки распространяются на всё большую часть электромеханических систем ( электродвигатель, редуктор, соединительная муфта, ходовой винт и т.д.).

С другой стороны происходит интеграция системы управления электроприводом с системой управления технологическим процессом. Это особенно связано с развитием программных средств.

18. Привод главного движения. Назначение. Основные показатели. Структура.

В станках чаще применяются приводы главного движения с двигателями постоянного тока и тиристорными преобразователями напряжения.

В станках с ЧПУ, в приводах постоянного тока применяют два способа регулирования: изменением напряжения, подаваемого к якорю двигателя и потока возбуждения.

Главный привод, в основном, требует регулирования скорости при, примерно, постоянной мощности ( Р=const ), т.к. большим скоростям при чистовой обработке соответствуют меньшие усилия резания, а меньшим скоростям при чистовой обработке - большие усилия.

На малых скоростях мощность ограничивают по условиям механической прочности передач. Поэтому при малых n ( частотах вращения шпинделя ) требуется ограничение вращающего момента на определенном уровне и регулирование скорости осуществляется по закону М=const.

Примерный вид изменения мощности и момента при электромеханическом регулировании скорости главного привода имеет вид:

Рис.1. График изменения мощности и момента при

регулировании скорости привода главного движения

Аналогичные зависимости используют для продольнострогальных и карусельных станков.

Т.о. на участке 1/3 - 1/2 диапазона регулирования ( зона 1, рис.1) мощность возрастает, примерно, пропорционально скорости, т.е. М=const. Скорость регулируется от 0 до 0, т.е. вниз от номинальной, изменением напряжения на якоре от Uном до 0. Поток возбуждения остается номинальным. Мощность снижается пропорционально  ( от Рном до 0 ) при М=const.

На участке 2 ( см. рис.) скорость регулируется от ном до max , при Р=Рном=const ослаблением магнитного потока ( Uя= Uном). Вращающий момент уменьшается обратно пропорционально скорости.

Т.о. организуется двухзонное регулирование скорости. В зоне 3 скорости регулирования от ’max до ’’max путем дальнейшего ослабления магнитного потока. При этом Р и М падают.

Для привода главного движения основными параметрами являются номинальная мощность Рном , характеризующая работу двигателя в зоне 2. Мощность привода главного движения в среднем составляет 550 кВт.

Диапазон регулирования скорости в приводах главного движения составляет, примерно, 100.

Для систем с адаптивным управлением диапазон достигает 1000. По технологическим требованиям Дм=const20.

К электроприводам главного движения предъявляются требования изменения угловой скорости в диапазоне 2.51 - 41 при постоянной мощности и в диапазоне 101 при постоянном моменте. Привод должен быть с большим ( не менее 100 ) числом электрических ступеней, что обеспечивает коэффициент плавности 1.1.

Максимальная частота привода главного движения выбирается по предельному режиму обработки при работе в 3 зоне и достигает 6000 об/мин.

Перегрузочная способность для привода главного движения характеризует возможность работы в форсированных режимах: больший объем металла или упрочнение привода. В пусковых режимах перегрузочная способность определяет время переходного процесса при пуске ( торможении ). Перегрузочная способность составляет 22.5.

Привод главного движения должен иметь два тиристорных преобразователя: один для питания якоря, другой для цепи возбуждения и два контура регулирования. В приводах главного движения применяют двухзонное зависимое управление. При зависимом управлении магнитный поток остается номинальным до тех пор, пока скорость двигателя меньше основной. Затем повышение скорости обеспечивается ослаблением магнитного потока. В станках с ЧПУ для привода главного движения, в большинстве случаев, используется тиристорные электроприводы постоянного тока и двухступенчатая коробка передач. Расширяется использование для привода главного движения асинхронного ЭД с частотным управлением от тиристорных преобразователей.

Двигатели переменного тока в замкнутом исполнении имеют значительно меньшие габариты по сравнению с двигателями постоянного тока. Однако тиристорные преобразователи переменного тока по габаритам в 2-3 раза больше тиристорных преобразователей постоянного тока и дороже их.

В настоящее время асинхронные электроприводы для механизмов главного движения станков шлифовальной группы с ЧПУ.

Упрощенная структурная схема привода главного движения с двухзонным зависимым управлением для двигателя постоянного тока имеет вид:

Рис.2. Схема привода главного движения с двухзонным зависимым управлением для двигателя постоянного тока.

Схема управления напряжением якоря имеет замкнутый контур по скорости двигателя с регулятором скорости ( РС ) и подчиненный ему контур тока с регулятором тока ( РТ ).

Система управления током возбуждения связана с системой управления напряжением якоря через ЭДС двигателя. Поскольку ЭДС зависит от магнитного потока и скорости е=кф , стабилизация ЭДС во второй зоне приводит к тому, что магнитный поток двигателя изменяется обратно пропорционально скорости. Сигнал, пропорциональный ЭДС, снимается с диаграмм тахометрического моста, образованного якорем двигателя, обмоткой, дополнительных полюсов ( ДП ) и сопротивлениями R1 и R2 . Сигнал, пропорциональный ЭДС якоря, подается на Пи-регулятор возбуждение РВ, включающий нелинейный элемент и далее управляет тиристорным преобразователем ТП2.

На вход регулятора РВ также подается опорное напряжение, соответствующее номинальной скорости привода. Пока ном регулятор РВ находится в насыщении и по обмотке ОВ течет номинальный ток.

При ном регулятор вступает в работу и начинает уменьшать поток возбуждения.