3.3. Регулируемые электродвигатели для приводов подачи

Общие сведения. В приводах подачи современных станков с ЧПУ приме­няют регулируемые электродвигатели постоянного или переменного тока с цилиндрическим и дисковым ротором, с возбуждением от постоянных магни­тов и с электромагнитным возбуждением.

Высокомоментный электродвигатель постоянного тока - это устройство, в которое входят тахогенератор, электромагнитный тормоз, измерительный преобразователь перемещений (рис, 33), Возбуждение двигателей большинст­ва типов осуществляется от постоянных магнитов, изготовленных из материа­лов с высокой удельной энергией: оксидно-бариевой керамики, редкоземель­ных магнитных материалов. Двигатели с редкоземельными магнитами выпол­няются по обращенной схеме: постоянные магниты находятся на роторе, а об­мотка якоря на статоре. Типичное расположение областей работы высокомоментного двигателя представлено на рис. 3.4. На область 1 приходится длительная работа двигателя с естественным охлаждением. При использовании независимого принудительного охлаждения двигателя к области длитель­ной работы добавляется область 2, В области 3 двигатель может работать в повторно-кратковременном режиме, при этом обеспечивается номинальная долговечность щеток, и с увеличением допустимого крутящего момента допустимая частота вращения ротора уменьшается. При снижении долговечности щеток кратковременная работа двигателя возможна в области 4, Когда приведенный к валу двигателя момент инерции механической части привода составляет не более половины момента инерции ротора двигателя, для кратко­временной работы при разгоне и торможении исполнительного органа станка может быть использована область 5.

где ω(р) — изображение угловой скорости вала двигателя; v(p) — изобра­жение напряжения питания; к_Д = 1 с ^-1;Т_Э — электромагнитная постоянная якорной цепи, с; Т_М — электромеханическая постоянная времени, с. Передаточная функция двигателя при возмущении по нагрузке

где .ω(p) — изображение статического перепада скорости ротора, вызванно­го падением напряжения от тока статической нагрузки на активном сопротив­лении якорной кепи; М_с(р) — изображение момента статического сопротив­ления на валу двигателя; r— полное активное сопротивление якорной цепи, Ом.

Быстродействие двигателя оценивается по среднему угловому ускоре­нию (рад/с²)

где ω_ном- номинальная угловая скорость двигателя, рад/с, t._0.63-время, за которое двигатель, нагруженный моментом инерции механизма, разгоняется до скорости, равной .0,63ω_ном,

В приводах подач станков наиболее удобно использовать высокомоментные двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Благодаря низкой номинальной частоте вращения (500,„1000 об/мин), воз­можности длительно работать при малой скорости (до 0,1 об/мин) с боль­шим вращающим моментом такой двигатель может быть непосредственно свя­зан с ходовым винтом привода подачи. Названные двигатели допускают 6—10-кратную перегрузку по вращающему моменту при малых частотах вращения в течение 20...30 мин, а также 1,5— 3-кратную при номинальной и максимальной частоте вращения. По сравнению с асинхронными частотно регулируемыми высокомоментные двигатели имеют большие габариты, меньший КПД, худ­шую перегрузочную способность.

Двигателя постоянного тока серии 2ПБВ. Это двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, со встроенным измерительным преобразователем скорости вращения, в качестве которого использован тахогенератор. Могут быть снабжены измерительным преобразователем угла поворота (резольвером или фотоэлектрическим BE-178) и тормозом. Двигатели применяются в основном в приводах подач станков с ЧПУ и гибких модулей. Технические их характеристики приведены в табл. 3.5, где М— номинальный момент двигателя; М_max— максимальный момент; n_max. — максимальная частота вращения ротора двигателя; I — длительный ток при заторможенном роторе: Е —

напряжение тока при максимальной частоте вращения ротора; J — момент инерции вращающихся частей двигателя; е — расчетное ускорение. Основные размеры двигателей приведены в табл. 3.6. Диаграммы работы представлены на рис, 3.5 и 3.6. Номинальный режим работы - S1. Допускается работа в кратковременном S2, повторно-кратковременном S5 и перемежающемся S8 режимах.

Двигатели постоянного тока серии ДПУ135. Это двигатели с возбужде­нием от постоянных магнитов. Могут быть оснащены тахогенератором, изме­рительным преобразователем положения, безлюфтовым электромагнитным тормозом. Двигатели предназначены для быстроходных механизмов промыш­ленных роботов и станков с ЧПУ. Входят в состав комплектных электроприводов ЭПУ1 и ЭШИМ1. Технические характеристики двигателей ДПУ 135 при­ведены в табл. 3.7, размеры - в табл. 33, диаграммы работы - на рис, 3,7. Обозначения двигателей расшифровываются так: ДПУ — двигатель коллектор­ный постоянного тока управляемый; 135 — диаметр его корпуса в миллимет­рах; 300,400,500 - мощность в ваттах; 1,5 - номинальная частота вращения в тысячах оборотов в минуту; Д09 - двигатель с тахогенератором; Д42 -двигатель с тахогенератором и тормозом; Д43 - двигатель с тахогенератором и измерительным преобразователем положения; Д44 - двигатель с тахогенератором, тормозом и измерительным преобразователем положения.

При максимальной частоте вращения в интервале времени до 1 мин двига­тели могут развивать момент, равный 0,5М. В переходном режиме в течение 0,2 с допускается кратность максимального момента по отношению к номи­нальному, указанная в табл. 3,8, Двигатели могут работать в режимах: S1, S2 при частоте вращения до 100 об/мин; S3 при частоте вращения до 1000 об/мин, времени рабочего цикла до 30 мин и продолжительности включения ПВ 25 % (см. рис, 35),

Вентильные (синхронные) электродвигатели 2ДВУ165 и 2ДВУ215. Эти электродвигатели предназначены для электроприводов станков и промыш­ленных роботов с микропроцессорным управлением. Роль индуктора выпол­няет ротор, оснащенный постоянными магнитами, роль якоря — статор. При взаимодействии магнитного поля ротора с током, протекающим по обмотке статора, ротор приводится во вращение. По сигналам обратной связи, вырабатываемым преобразователем, закрепленным на роторе, электронный коммута­тор подключает фазы обмотки статора к источнику питания так, что ротор раз­вивает постоянный момент, В обмотку статора встроены терморезисторы, контролирующие ее температуру. Двигатели могут быть оснащены тормозом и фотоэлектрическим измерительным преобразователем перемещений.

Основные технические данные двигателей приведены в табл. 3.9, 3.10, где М — длительный момент на валу двигателя; n_max - максимальная частота

вращения вала; n_ном - номинальная частота вращения вала: п_иом = 0,25n_тах ;

/ - ток при моменте М на валу двигателя и номинальной частоте вращения; Е- - линейная электродвижущая сила при максимальной частоте вращения; / — момент инерции вращающихся частей; е — среднее расчетное угловое ус­корение вала двигателя: ε = 5M/J,

Основные размеры электродвигателей приведены в табл. 3.11,3,12, В ус­ловном обозначении двигателя 2 означает порядковый номер серии; Д — дви-