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

измерительного моста. Ошибка измерения при этом также составляет примерно 10%. Превышение температуры в этих случаях

в Ом; гх — сопротивление обмотки в практически холод­ ном состоянии в Ом; 0Х— температура обмотки в практи­ чески холодном состоянии; 0О— температура охлажда­ ющей среды.

Обычно принимают 0Х = 0О и последние два слага­ емых в формуле исчезают. При оценке превышения тем­ пературы в расчетном режиме работы принимают, что температура окружающей среды составляет +40° С.

Для практической оценки влияния нагрева на срок службы изоляции принимают следующее правило: если превышение температуры на 8—10° С более предельно допустимого, то срок службы сокращается вдвое, если оно на эту же величину менее предельно допустимого, то срок службы увеличивается вдвое.

Асинхронные двигатели других типов. Выше рассмо­ трены асинхронные короткозамкнутые двигатели, пред­ ставленные в металлорежущих станках главным образом сериями А2, А02 и на станках прежних выпусков се­ риями А и АО.

Вдвигателях серии 4АО использованы новые изоля­ ционные материалы и поэтому они по своим размерам меньше, чем двигатели серии А02 (при той же мощности). Но все эти двигатели — трехфазного тока, короткозамкну­ тые. Кроме этих серий, в промышленности есть трехфаз­ ные короткозамкнутые двигатели малой мощности АОЛ, Ф, ФТ и ДПТ (от 50 до 400 Вт).

Двигатели с фазным ротором и контактными кольцами вообще не получили распространения в станкостроении.

Вмаломощных вспомогательных приводах иногда

применяют двухфазные двигатели, в которых возможно регулирование скорости изменением напряжения на одной из двух обмоток.

2. Синхронные и шаговые двигатели

Статор синхронного двигателя устроен точно так же, как и асинхронный. Но ротор устроен иначе. Вместо беличьей клетки установлен электромагнит, магнит постоянного

40

тока или просто магнитопривод, который намагничивается в поле статора. В последнем случае двигатели называются синхронно-реактивными. Именно этот тип синхронных двигателей применяется в станкостроении.

Синхронно-реактивные двигатели серии PC приме­ няют в приводах зубошлифовальных станков. Эти двига­ тели изготовляют в корпусах асинхронных двигателей серии А02. Все пять типоразмеров двигателей этой серии

(РС-32-4, 41-4, 51-4, 52-4 и 61-4 на мощности соответ­ ственно 1,1; 1,5; 3,0; 4,0 и 5,5 кВт) при подключении к сети вращаются с частотой 1500 об/мин. Обозначения типораз­ мера, длины и числа полюсов (например, 41-4) соответ­ ствует тому типоразмеру асинхронного двигателя, на базе которого выполнен синхронный. Из этого следует, что мощность синхронного двигателя в 2—3 раза меньше, чем мощность асинхронного двигателя, имеющего те же размеры. Так получилось из-за стремления использовать серийные асинхронные двигатели как конструктивную базу. Эти двигатели отличаются от базового асинхронного только ротором.

Сердечник ротора набирают из листов электротехни­ ческой стали, в- которой вырубают большие пазы, обра­ зующие междуполюсные пространства, их заливают алю­ минием, создавая беличью клетку. Перегрузочная спо­ собность таких двигателей составляет 1,2—1,5 от номи­ нального момента. Кратности значений пускового тока составляют 8—10 при кратности пускового момента 2—4. Если момент нагрузки у таких двигателей превышает максимальный синхронный, то они переходят в асинхрон­ ный режим и работают с небольшим скольжением, а при снятии перегрузки они автоматически втягиваются в син­ хронизм. Коэффициент мощности этих двигателей не пре­ вышает 0,5. Цены на эти двигатели в 2—4 раза выше, чем цены на асинхронные короткозамкнутые двигатели того же размера и в 5 раз выше, чем цены на асинхронные двигатели той же мощности. Поэтому эти двигатели полу­ чили распространение только в приводах небольшой мощности, где требуется синхронная скорость вращения и где простота обслуживания и надежность эксплуатации важнее экономических показателей. Простейшие кон­ струкции синхронно-реактивных двигателей обеспечивают очень хорошие режимы работы при питании их от пре­ образователей частоты. Синхронно-реактивные двигатели усовершенствованной конструкции оказываются близкими

41

ром с сосредоточенными обмотками. Шаговые двигатели могут быть однофазными и трехфазными. Статор трехфаз­ ного шагового двигателя (рис. 19) имеет шесть полю­ сов, на которых расположены обмотки А, В и С. Если

ток в первой обмотке и подать ток во вторую (В—в), ротор вновь повернется (сделает шаг) и установится про­ тив полюсов этой обмотки и т. д. Таким образом, при последовательной подаче импульсов тока на обмотки А —а, В—в и С—с ротор будет поворачиваться по часовой стрелке. При изменении порядка включения фаз обмоток

применяют шеститактную систему, при которой, в отли­ чие от рассмотренной выше трехтактной, ротор может занимать и промежуточные между полюсами соседних обмоток положения. Шеститактный режим получается при последовательной подаче тока в обмотку А —а, затем одновременно в первую и во вторую, затем только во вто­ рую и т. д.

В общем случае величина шага (в механических гра­ дусах)

360

а = рп ’

где р — число пар полюсов или, что то же, число зубьев; п — число тактов коммутации, равное обычно 3 или 6.

Величина шага двигателей ШД-4 и ШД-5 при трех­ тактной работе составляет 3°, а при шеститактной — 1,5°.

42

Точность отработки шага на холостом ходу для двига­ теля ШД-5 составляет ±30 мин. Статический опрокиды­ вающий момент при двух включенных фазах составляет 3 кгс-см. Если на валу двигателя имеется статический момент 0,6 кгс-см и добавочный момент инерции 0,1 гс-см-с2, то частота приемистости (т. е. такая частота, при которой разгон шагового двигателя из состояния покоя осуществляется без потери импульса) составляет 2000 Гц. Двигатель питается от источника 40 В (можно питать его от сети 48 В), при этом ток в фазе 2,8 А. По­ следовательность переключения обмоток такова: 12—123— 23—234 и т. д. В указанных условиях двигатель потреб­ ляет от сети 25,5 Вт.

Отечественная промышленность выпускает серийно большое количество шаговых двигателей, из которых

впрограммных станках применяют: ШД-4, ШД-5, ШД-4Б

иШД-6а. В наиболее распространенных станках с СЧПУ используют шаговые двигатели с гидроусилителем мо­ мента. Конструкция шагового двигателя содержит демп­ фер, сглаживающий пульсации скорости, которые стано­ вятся заметными на малых скоростях вращения. В прак­ тике эксплуатации и наладки могут встретиться также шаговые двигатели других типов, некоторые данные об этих машинах сведены в табл. 7.

Блоки управления (коммутаторы) для шаговых двига­ телей строят по тем же принципам, что и приводы для частотного управления асинхронными двигателями.

Шаговые двигатели являются наиболее ответственными элементами СЧПУ, поэтому их проверке уделяют особое

43

целость обмоток, правильность схемы их соединения. Для проверки правильности коммутации обмоток необ­ ходимо подавать на них трехили шеститактную систему импульсов напряжения положительной полярности от генератора устройства. Целесообразно изготовить от­ дельно генератор импульсов и кольцевой коммутатор и проверять с их помощью шаговые двигатели еще до установки двигателей на станок. Величина импульсов напряжения должна быть такой, чтобы по обмоткам ша­ гового двигателя протекал номинальный ток (для наи­ более распространенного шагового двигателя ШД-4 но­ минальный ток равен 2,8 А).

3. Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока применяют в тех приводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения при­ вода, регулирования скорости вверх от номинальной. Работа электрического двигателя постоянного тока осно­ вана на явлении электромагнитной индукции. Из основ электротехники известно, что на проводник с током, поме­ щенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки F — ВП, где I — ток, протека­ ющий по проводнику,; В — индукция магнитного поля; I — длина проводника.

При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или про­ тиводействующей (противо-э. д. с). Электрическая мощ­ ность в двигателе преобразуется в механическую и ча­ стично тратится на нагревание проводника.

Конструктивно все электрические двигатели постоян­ ного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором. Индуктор служит для создания не­ подвижного магнитного поля машины и состоит из ста­ нины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полю­ сах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации. Якорь машины постоянного тока

44

состоит из магнитной системы, набранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллек­ тора, служащего для подвода к рабочей обмотке постоян­ ного тока. Коллектор представляет собой цилиндр, наса­ женный на вал двигателя и набранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется

спомощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт

сколлектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом машины.

Коммутация в машинах постоянного тока. В процессе работы электрической машины постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, по­ следовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение парал­ лельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток об­ мотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переклю­ чения и явления, связанные с ним, называются коммута­ цией. В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля на­ водится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плот­ ности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоя­ тельство считается основной причиной искрения коллек­ тора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения, согласно ГОСТ 183—66 (табл. 8).

Способы возбуждения двигателей постоянного тока. Под возбуждением электрических машин понимают созда­ ние в них магнитного поля, необходимого для работы машины. Схемы возбуждения двигателей постоянного

тока приведены на рис. 20. По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на че­ тыре группы.

1. С независимым возбуждением, у которых обмотк возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.

45

Рис. 20. Схемы возбуждения двигателей постоянного тока:

а — независимое; б параллельное; в —» последовательное, г — сме­ шанное

2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у к торых обмотка возбуждения ШОВ включается парал­ лельно источнику питания обмотки якоря.

iv4 Слабое точечное в состоянии, при­ машины

искрение под не­ годном для даль­

46

3. С последовательным возбуждением (сериесные), у ко­ торых обмотка возбуждения СОВ включена последова­ тельно с якорной обмоткой.

4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундньте), у которых имеется последовательная СОВ и парал­ лельная ШОВ обмотки возбуждения.

47

Пуск двигателей постоянного тока. В начальный мо­ мент пуска двигателя якорь неподвижен и противо- э. д. с.

в якоре равна нулю, поэтому , — и

Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает в 10—20 раз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов — активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря. Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск. Величина сопротивления реостата выбирается по допу­ стимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродви­ гателя. В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э. д. с., которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.

Регулирование частоты вращения двигателя постоян­ ного тока. Частота вращения двигателя

ток машины.

Из формулы видно, что частоту вращения двигателя можно регулировать тремя путями: изменением потока возбуждения машины, изменением подводимого к двига­ телю напряжения и изменением сопротивления в цепи якоря. Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования, третий способ применяют редко: он неэкономичен, скорость двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. Механи­ ческие характеристики, которые при этом получаются, показаны на рис. 21. Жирная прямая — это естественная зависимость скорости от момента на валу, или, что то же, от тока якоря. Прямая естественной механической ха­ рактеристики несколько отклоняется от горизонтальной штриховой линии. Это отклонение называют нестабиль­ ностью, нежесткостью, иногда статизмом. Группа непа-

48

раллельных прямых I соот­

транзистора. При увели­ чении сопротивления в цепи ток возбуждения умень­

шается, частота вращения двигателя увеличивается. При ослаблении магнитного потока механические характе­ ристики располагаются выше естественной (т. е. выше характеристики при отсутствии реостата). Повышение частоты вращения двигателя вызывает усиление искрения под щетками. Кроме того, при работё электродвигателя с ослабленным потоком уменьшается устойчивость его работы, особенно при переменных нагрузках на валу. Поэтому пределы регулирования скорости таким способом не превышают 1,25—1,3 от номинальной.

Регулирование изменением напряжения требует источ­ ника постоянного тока, например генератора или преоб­ разователя. Такое регулирование используют во всех промышленных системах электропривода: генератор— двигатель (ГД), ЭМУ — двигатель (ЭМУ—Д),4- магнит­ ный усилитель—двигатель (МУ—Д), тиристорный пре­ образователь—двигатель (Т—Д).

Торможение двигателей постоянного тока. В электро­ приводах с двигателями постоянного тока применяют три способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением. Динамическое тормо­ жение (рис. 22, а) осуществляется путем замыкания об­ мотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом двигатель начинает работать как генератор,

49