книги из ГПНТБ / Комаров, А. Ф. Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков

h

Рис. 121. Схема простейшего магнитного уси­ лителя

ватта до сотен киловатт; г) большая прочность и стой­ кость по отношению к вибрациям и ударной нагрузке; д) возможность легко осуществить суммирование сигна­ лов; е) большой коэффициент усиления; ж) в магнитных усилителях отсутствует электрическая связь между вход­ ными и выходными цепями.

Принцип действия магнитного усилителя (рис. 121) основан на использовании нелинейности кривой нама­ гничивания ферромагнитного материала. При намагни­ чивании постоянным током сердечник усилителя насы­ щается и индуктивность рабочих обмоток переменного тока усилителя уменьшается. Рабочие обмотки обычно включаются последовательно с нагрузкой. Поэтому на­ пряжение, которое до насыщения сердечника было при­ ложено к рабочим обмоткам усилителя в момент насы­ щения, прикладывается к нагрузке. Ток нагрузки регу­ лируют изменением тока в обмотке подмагнмчивания ма­ гнитного усилителя.

Обмотка смещения служит для создания начального подмагничивания, необходимого для того чтобы ток в на­ грузке изменялся различным образом в зависимости от знака полярности сигнала управления, а также для вы­ бора точки на прямолинейном участке характеристики. Обмотка обратной связи предназначена для получения требуемой формы выходных характеристик. Характери­ стики магнитного усилителя при отсутствии и наличии смещения и обратных связей приведены на рис. 122.

Конструктивно магнитный усилитель представляет со­ бой сердечник из листового ферромагнитного материала,

190

иа который намотаны обмотки переменного и постоянного тока. Для устранения наводок э. д. с. переменного тока в цепи обмоток постоянного тока обмотки переменного тока намотаны отдельно на сердечниках, а обмотки по­ стоянного тока охватывают оба сердечника (рис. 123). Сердечники магнитных усилителей изготовляют как из трансформаторной стали, так и из пермаллоя, причем трансформаторную сталь применяют при мощности ма­ гнитного усилителя, большей 1 Вт. Величина магнитной индукции в сердечнике из трансформаторной стали дости­ гает 8000—10 000 Гс (0,8—1,0 Т). Коэффициент усиле­ ния таких магнитных усилителей составляет от 10 до 1000. Пермаллой применяют в магнитных усилителях, мощность которых меньше 1 В. Прямоугольный характер петли гистерезиса для пермаллоя позволяет получить коэффициент усиления от 1000 до 10 000 и выше.

Сердечник магнитного усилителя шихтуют из отдель­ ных пластин, как сердечники дросселей или трансформа­ торов. За последнее время широкое распространение полу­ чили магнитные усилители иа торроидальных сердечни­ ках, которые, несмотря на технологические трудности их изготовления, обладают целым рядом преимуществ и первое из них — отсутствие воздушных зазоров, что улучшает характеристики магнитного усилителя.

Широко распространены следующие схемы магнитных усилителей: однотактные и двухтактные, реверсивные и нереверсивные, однофазные и многофазные. Промышлен­ ность нашей страны выпускает большое разнообразие конструкций магнитных усилителей: однофазные серии

Рис. 122. Характеристики магнитного усилителя:

1 — при отсутствии смещения; 2— при токе смещения; 3 — при отсутствии обратной связи; 4 — с обратной связью

Рис. 123. Конструкция простейшего М У

191

Рис. 124. Обмоточные схемы усилителен УМ-1П

УМ-1П, трехфазные серии УМ-ЗП, собранные на шести П-образных сердечниках из стали марки Э310, однофаз­ ные серин ТУМ на тороидальном сердечнике, блоки ма­ гнитных усилителен серии БД, содержащие, кроме ма­ гнитных усилителей, понижающие трансформаторы, диоды и резисторы, собранные на одной панели. В качестве при­ мера на рис. 124 показаны схемы магнитных усилителей УМ-1П.

Системы электропривода могут быть построены на лю­ бых усилителях из этих серий; блок-схема привода с ма­ гнитными усилителями показана на рпс. 125. Промыш­ ленность выпускает комплектные приводы с магнитными усилителями и двигателями постоянного тока для метал­ лорежущих станков следующих серий:

а) ПМУ — привод с магнитными усилителями и селе­ новыми выпрямителями. Диапазон регулирования ско­ рости двигателя 10:1. Регулирование производится из­ менением напряжения на якоре вниз от номинальной частоты вращения двигателя. Система регулирования автоматическая с обратной связью по э. д. с. двигателя, без тахогенератора и промежуточного усилителя. Мощ­ ность привода от 0,1 до 2 кВт. Привод предназначен для

Рис. 125. Блок-схема привода постоянного тока

192

работы в сетях переменного тока напряжением 220 или 380 В и частотой 50 Гц. В серию ПМУ входят приводы с номинальной мощностью 0,1 ; 0, 2;0,5; 1; 2 кВт. Каждый привод серии ПМУ представляет собой комплект, со­ стоящий из блока питания, выпрямителей, магнитных усилителей, двигателя постоянного тока и задатчика скорости;

б) ПМУ-М аналогична серии ПМУ, но магнитные уси­ лители собраны на П-образных сердечниках. Мощность привода ПМУ-М от 0,1 до 7 кВт;

в) ПМУ-П — приводы повышенной точности и расши­ ренного диапазона регулирования 100 : 1. Система ре­ гулирования автоматическая с обратной связью по ча­ стоте вращения, которая осуществляется с помощью тахогенератора и промежуточного полупроводникового уси­ лителя. Частота вращения двигателя регулируется изме­ нением напряжения на якоре.

Блок питания привода серии ПМУ (рис. 126) предста­ вляет собой трехфазный выпрямитель (мост Ларионова) с включенными в плечи моста шестью рабочими обмот­ ками магнитного усилителя wi, с помощью которых обе­ спечивается управление магнитного усилителя. Магнит­ ное состояние усилителя зависит от величины управляю­ щих токов в обмотках управления шу, а также от тока в цепи якоря. При напряжении сети 380 В наибольшее

выпрямленное напряжение на выходе моста составляет от 340 до 380 В. Для получения достаточно жестких ха­ рактеристик привода в схему введены отрицательные обратные связи по току и напряжению.

система автоматического регулирования частоты враще­ ния с обратными связями по напряжению и току якоря

О 0

Т!

194

)Тп

двигателя. Магнитный усилитель имеет две группы обмо­ ток управления. По одной из них протекает ток управле­ ния, являющийся алгебраической суммой тока задатчика и токов обратных связей, другая (обмотка смещения) — служит для выбора рабочей точки на прямолинейном участке характеристики магнитного усилителя.

Для защиты от недопустимо больших значений тока якоря приводы ПМУ-М габаритов с 8 по 11 снабжены узлом ограничения тока, действие которого заключается в следующем (рис. 127, б). При превышении током якоря допустимых значений срабатывает реле максимального тока РМ, его размыкающий контакт размыкается и обры­ вает цепь питания обмотки управления. Так как обмотка смещения шсм остается замкнутой, то магнитный усили­ тель запирается и ток якоря снижается. Действие схемы привода ПМУ-М аналогично действию схемы привода ПМУ.

В приводах серии ПМУ-П (рис. 128) частота враще­ ния двигателя постоянного тока регулируется измене­ нием напряжения, подводимого к якорю двигателя. Пи­ тание двигателя осуществляется через рабочую обмотку магнитного усилителя и выпрямителя В1 и ВЗ. В приводе используется обратная связь по скорости с помощью тахогенератора ТГ. Задатчиком являются резисторы R1 и R2, первый из которых служит для грубой настройки по всему диапазону регулирования скоростей, а второй — для точной настройки скорости привода в области малых

скоростей. Резисторы получают питание от трансформа­ тора 1Тр через феррорезонансный стабилизатор (Д р , С1, С2), выпрямитель В4 с фильтром С4. G задатчиков напря­ жение задающего сигнала подается на вход полупровод­ никового усилителя, где сравнивается с напряжением тахогенератора, пропорциональным частоте вращения двигателя. Разность напряжений задающего сигнала и тахогенератора усиливается полупроводниковым усили­ телем и поступает на обмотку управления магнитного усилителя wy.

Полупроводниковый усилитель представляет собой трехкаскадный усилитель (транзистор ПТ1, ПТ2 и ПТЗ), собранный по схеме с общим эмиттером. Диоды Д1 и Д2 предназначены для защиты входа усилителя от больших по величине сигналов, которые смогли бы вывести усили­ тель из строя. Характеристики диодов Д1 и Д2 — таковы, что они отпираются только при значительных по вели­ чине сигналах, возникающих при пуске и останове дви­ гателя или резких изменениях задающего напряжения, а при нормальных режимах работы привода они заперты и не влияют на работу усилителя.

Обмотка смещения шсМ предназначена для смещения характеристики таким образом, чтобы при отсутствии сигнала на обмотке управления магнитный усилитель был заперт. Питание обмотки смещения и полупроводни­ кового усилителя осуществляется от отдельного транс­ форматора и выпрямителя.

Ограничение тока якоря двигателя осуществляется триодом ПТЗ и опорными диодами ДЗ, Д4, выключенными во вторичную цепь трансформатора тока ТТ. При пре­ вышении током нагрузки определенного значения, зави­ сящего от положения движка реостата R16, напряжение на выходе выпрямителя В7 достигает значения, при ко­ тором происходит поочередное отпирание опорных дио­ дов ДЗ и Д4. Возникшее на базе транзистора ПТЗ напря­ жение открывает его, потенциал на базе транзистора ПТ4 увеличивается, и последний запирается. Ток в обмотке управления уменьшается, сопротивление рабочей обмотки возрастает, ток двигателя уменьшается, а его скорость растет или падает медленнее, поэтому пуск двигателя про­ исходит при токе якоря, меньшем номинального. Рези­ стор R9 и конденсатор СЗ, включенные на выходе магнит­ ного усилителя, представляют собой узел стабилизации напряжения на якоре двигателя. Обмотка возбуждения

196

двигателя ОВД питается через трансформатор Тр и выпря­

митель В2.

Рассмотрим работу привода при переходе от большей частоты вращения /гi к меньшей п 2. При частоте вращения двигателя, большей п 2, с задатчиков R1 и R2 снимается задающий сигнал, сравнивается на резисторе R8 с э. д. с. тахогенератора и в виде разности напряжений задатчика и тахогенератора подается на полупроводниковый уси­ литель. Транзисторы ПТ1, ПТ2 и ПТ4 открываются. При открытии транзистора ПТ4 по обмотке управления wy начинает протекать ток, создающий подмагничивание в магнитном усилителе. Индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается, напряжение на якоре двигателя возрастает. При равенстве напряжений на за­ датчиках и тахогенераторе по обмотке управления wy протекает ток, соответствующий необходимой частоте вращения двигателя.

Для того, чтобы уменьшить частоту вращения двига­ теля с п х до я 2, необходимо уменьшить напряжение, сни­ маемое с задатчиков. При этом, поскольку в первый мо­ мент привод вращается со скоростью пъ то напряжение тахогенератора ТГ больше напряжения задающего си­ гнала, и полупроводниковый усилитель подзакрывается, ток по обмотке управления уменьшается, уменьшается подмагничивание магнитного усилителя, реактивное со­ противление рабочей обмотки магнитного усилителя воз­ растает, напряжение, подводимое к якорю снижается, частота вращения двигателя падает.

При частоте вращения, соответствующей п г, напря­ жения задатчиков и тахогенераторов окажутся равными, и по обмотке управления будет протекать ток, соответ­ ствующий частоте вращения двигателя.

Магнитные усилители могут быть использованы для регулирования напряжения на зажимах асинхронного двигателя, а также в качестве бесконтактных пускателей.

с помощью диодов В1—В8). Конденсаторы С1—С2 в ли­ нейные провода установлены для того, чтобы скомпенси­ ровать некоторое падение напряжения на обмотках МУ.

Наладка магнитных усилителей. Программа наладоч­ ных испытаний магнитных усилителей разнообразна и зависит от требований, предъявляемых к приводам, в ко­

197

торых установлены маг­ нитные усилители. Обычно она содержит: внешний осмотр; про­ верку электрической прочности изоляции об­ моток; измерение сопро­ тивления изоляции об­ моток; измерение сопро­ тивления обмоток по­ стоянному току; про­ верку полярности выво­ дов обмоток; определе­ ние соотношения числа витков обмоток; про­ верку работы усилителя в номинальном режиме и в режиме максималь­ ных эксплуатационных нагрузок.

При внешнем осмо­ тре магнитного усили­ теля обращают внима­

ние на качество шихтовки магнитных сердечников, величину воздушных зазоров, надежность болтовых сое­ динений, крепящих магнитные сердечники, проверяют целость катушек, твердых выпрямителей и трансформа­ торов, входящих в блок питания магнитного усилителя.

Сердечники магнитных усилителей из специальных сплавов (например, пермаллоя) при тряске и ударах в значительной степени изменяют магнитную проницае­ мость р, поэтому их проверять необходимо осторожно.

Изоляцию обмоток магнитного усилителя испытывают совместно с цепями вторичной коммутации мегомметром на 500 или 1000 В. Величину сопротивления изоляции отдельно не нормируют, кроме специально оговоренных случаев; она должна составлять совместно с другими вто­ ричными цепями не менее 0,5 МОм. Величину сопроти­ вления обмоток магнитного усилителя постоянному току определяют по методу амперметра—вольтметра, одинар­ ного или двойного моста, микроомметра. Наиболее широко используют метод одинарного моста.

Полярность выводов обмоток магнитного усилителя определяют индукционным методом. Для этого собирают

198

схему испытания (рис. 130). К началу одной из обмоток управления через рубильник Р присоединяется «+» источ­ ника постоянного тока. Для ограничения тока последо­ вательно с обмоткой управления включают дополнитель­ ный резистор гд. На остальные обмотки поочередно под­ ключают вольтметр «+» к началу обмотки. Если поляр­ ность определена правильно, то стрелка вольтметра при замыкании рубильника Р будет отклоняться вправо.

В магнитных усилителях с обратной связью рабочие обмотки на разных магнитопроводах включены навстречу друг другу. Соединяя их концы и подключая к началам обмоток вольтметр (рис. 130), убеждаются в отсутствии показаний вольтметра при подаче сигнала на обмотку управления. Если отклонение стрелки вольтметра значи­ тельно, то это указывает либо на неправильное соединение рабочих обмоток, либо на конструктивные недостатки усилителя (различную толщину магнитопроводов, раз­ личное число витков рабочих обмоток на стержнях). Число витков обмоток магнитного усилителя опреде­ ляют по коэффициенту трансформации

с магнитными усилителями необходимо получить харак­ теристику холостого хода магнитного усилителя. Эта характеристика помогает наладчику качественно оценить магнитопровод и позволяет выбрать оптимальную вели­ чину питающего напряжения. Характеристику холостого хода Uо = / (/) снимают отдельно для каждого пакета магнитопровода, а затем по данным опытов строят резуль­ тирующую характеристику (рис. 131).

Рис. 130. Схема определения полярности обмоток управления MX:

а при согласном включении; б » при встречном включении

199