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

Первоначальное включение двигателя постоянного тока проводят непосредственно после наладки двигателя с целью окончательной проверки его исправности. Ана­ логично асинхронным двигателям двигатели постоянного тока испытывают в режиме холостого хода при отсое­ диненном механизме и редукторе. Подобное испытание двигателя постоянного тока в режиме холостого хода необходимо для правильной настройки схемы управ­ ления.

Пуск двигателя на холостом ходу и под нагрузкой нужно проводить с большими предосторожностями. Не­ посредственно перед пуском необходимо убедиться в лег­ кости вращения якоря, отсутствии задевания якоря о ста­ тор, в наличии смазки в подшипниках, а также прове­ рить реле защиты. Ток срабатывания максимальной защиты не должен превышать 200% максимального тока двигателя. При пробном пуске двигателя постоянного тока контролируют качество коммутации, наблюдая за коллектором во время толчков пускового тока, а затем при работе двигателя вхолостую на максимальном напря­ жении и при максимальной частоте вращения.

Нагрузка не должна вызывать усиления степени искре­ ния по сравнению с работой на холостом ходу. Допу­ скается работа двигателя постоянного тока при степени искрения щеток 1V2 и даже 2. При более значительной степени искрения проводят наладку коммутации: уста­ новку щеток на нейтраль, проверку правильности включе­ ния обмотки дополнительных полюсов, проверку нажатия щеток на коллектор и степени прилегания щеток к кол­ лектору. Следует помнить, что недопустимое искрение на коллекторе может быть связано с неисправностью схемы управления, так как от схемы зависит скорость изменения тока в цепях якоря и возбуждения, максимальные значе­ ния толчков тока, соотношение тока якоря и магнитного потока машины в различные моменты времени. После на­ блюдения работы под нагрузкой и настройки коммута­ ции двигателя постоянного тока процесс наладки можно считать законченным.

В процессе эксплуатации двигателей постоянного тока возможны различного рода нарушения его работы, тре­ бующие ремонта и вторичной наладки. Наиболее часто встречающиеся неисправности двигателей постоянного тока и способы их устранения приведены в табл. 8.

60

Таблица 9

4. Сельсины и тахогенераторы

При дистанционном управлении производственными меха­ низмами бывает необходима синхронная передача угла, при которой осуществляется поворот' ведомого вала на величину угла, соответствующую повороту ведущего вала. Для этих целей используют специальные малогабаритные электрические машины переменного тока — сельсины. Слово «сельсин» означает самосинхронизирующийся, так как при двухполюсных роторе и статоре эти машины в си­ стеме индикаторной синхронной передачи автоматически согласуют оси приемника и датчика сразу же после вклю­ чения питания.

Сельсины представляют собой своеобразные трансфор­ маторы, у которых при вращении ротора происходит

61

плавное изменение величины электродвижущей силы, наведенной в обмотке ротора. Обычно сельсины работают в паре: сельсин, связанный с ведомым валом, носит назва­ ние сельсина-приемника; а сельсин, связанный с ведущим валом, — сельсина-датчика. Сельсины бывают контакт­ ными и бесконтактными, однофазными и трехфазиыми. Контактные сельсины конструктивно выполняют в двух вариантах, которые в электромагнитном отношении не отличаются друг от друга. В первом варианте однофазная обмотка расположена на статоре, а трехфазная на роторе. Однофазная обмотка состоит из двух последовательно соединенных катушек, размещенных на явно выраженных полюсах статора. Трехфазная обмотка состоит из трех катушек, сдвинутых друг относительно друга на 120°. Они уложены в пазы ротора с неявно выраженными полюсами и соединены в звезду. Концы фазных обмоток выведены на три контактных кольца, расположенных на валу ротора и изолированных от него пластмассовой втулкой. С внешней цепыо роторная обмотка соединяется через три неподвижные щетки, имеющие скользящий контакт с тремя кольцами ротора. Щетки выполнены из пружинной стали с наплавкой специального контактного сплава. Во втором варианте однофазная обмотка располо­ жена на роторе, а трехфазная на статоре. Полюса ротора явно выраженные, в каждом полюсе имеется два круглых паза, в которые уложены короткозамкнутые витки. Эти витки служат как для успокоения колебания ротора, так и для уменьшения его индуктивного сопротивления. В пазы статора, имеющего неявно выраженные полюса, уложена трехфазная обмотка, соединенная в звезду. Катушки обмоток сдвинуты одна относительно другой на угол 120°. На роторе сельсина имеется два контактных кольца.

Различают два режима работы сельсинов. В первом случае, когда пару сельсинов применяют для дистанцион­ ной передачи угловых перемещений, они работают в инди­ каторном режиме (рис. 31). Первичные однофазные об­ мотки сельсинов подключают к сети однофазного пере­ менного тока, а вторичные трехфазные обмотки соединены друг с другом. При одинаковом положении роторов сель­ синов относительно статоров в обмотках роторов ток не протекает. Если сельсин-датчик повернуть на некоторый угол, то все э. д. с. роторов сельсинов сдвинутся по фазе. В результате сдвига фаз возникает разность э. д. с.,

62

которая обуславливает протекание уравнительных токов по обмоткам роторов. При взаимодействии тока ротора с полем статора в сельсине-приемнике создается враща­ ющий момент, под действием которого ротор сельсинаприемника будет поворачиваться до тех пор, пока вновь не восстановится равновесие э. д. с. В результате ротор сельсина-приемника повернется на тот же угол, на ко­ торый был повернут ротор сельсина-датчика.

Вторым возможным режимом работы сельсинов яв­

к сети переменного тока подключается только однофазная обмотка сельсина-датчика, а однофазная обмотка сель­ сина-приемника является выходной, с нее снимается сиг­ нал, пропорциональный углу рассогласования роторов сельсинной пары, и поступает на вход системы следящего привода и'ли исполнительного механизма.

Схема работает следующим образом. При подключении однофазной обмотки сельсина-датчика на переменное на­ пряжение по ней потечет ток, создающий пульсирующий магнитный поток. Этот поток будет наводить во вторичных обмотках сельсина-датчика э. д. с., совпадающие во вре­ мени по фазе. При повороте магнитного потока относи­ тельно неподвижной трехфазной обмотки синхронизации изменяется э. д. с. в фазах этой обмотки и тем самым воз­ никает неравенство э. д. с. обмоток синхронизации дат­ чика и приемника. В результате этого в цепях, соединя­ ющих обмотки синхронизации датчика и приемника, возникнут уравнительные токи, при взаимодействии кото­ рых с магнитным потоком обмоток возбуждения обра-

63

зуется синхронизирующий момент. Под действием этого момента ротор сельсина-приемника поворачивается до тех пор, пока не займет положение, одинаковое по значению электрического угла поворота с ротором сельсина-дат­ чика (при этом следует учитывать соотношение

В отличие от индикаторной схемы здесь э. д. с. ничем не компенсируется, поэтому в цепи сельсина-датчика будет возникать уравнительный ток, который создает в воздушном зазоре сельсина-приемника пульсирующий магнитный поток, совпадающий по фазе с потоком первич­ ной обмотки сельсина-датчика. Пульсирующий поток, пересекая однофазную обмотку сельсина-приемника, на­ водит в ней э. д. с., пропорциональную углу рассогласо­ вания сельсина-датчика и сельсина-приемника.

Тахогенераторами называют электрические машины, преобразующие частоту вращения в пропорциональное ей электрическое напряжение. В схемах автоматического управления электроприводами металлорежущих станков тахогенераторы выполняют роль измерительного эле­ мента, фиксирующего отклонение частоты вращения якоря от заданной и вырабатывающего соответствующее напря­ жение, которое сравнивается с эталонным. Разность на­ пряжения тахогенератора и эталонного напряжения посту­ пает на усилители напряжения или мощности для созда­ ния управляющего воздействия на якорь исполнительного электродвигателя. Тахогенераторы подобны обычным электрическим генераторам и отличаются от них только повышенной точностью, незначительной снимаемой мощ­ ностью и в соответствии с этим незначительными габарит­ ными размерами и моментом, необходимым для их враще­ ния. Наибольшее распространение в схемах электропри­ вода станков имеют тахогенераторы постоянного и пере­ менного тока. Тахогенераторы постоянного тока по прин­ ципу действия и конструктивному оформлению являются электрическими коллекторными машинами постоянного тока, работающими в генераторном режиме. По исполне­ нию системы возбуждения тахогенераторы подразделяются на два типа: с постоянным током и с обмоткой возбуждения.

64

Для э. д. с., вырабатываемой коллекторной машиной, существует зависимость

Е = £Ф/г,

где Е — э. д. с. генератора; k — коэффициент пропор­ циональности, зависящий от конструктивных параметров генератора; Ф — поток возбуждения; п — частота враще­ ния вала генератора.

При использовании тахогеиераторов с постоянными магнитами их магнитный поток изменяется главным обра­ зом при изменении температуры, причем при уменьшении температуры поток увеличивается, а при увеличении уменьшается. Температурная погрешность тахогенераторов достигает 1—1,5%. Для уменьшения температурной погрешности применяют специальные компенсационные устройства, которые обычно представляют собой делители напряжения, намотанные из проводников с различными коэффициентами линейного расширения.

Известны несколько способов питания обмоток возбу­ ждения тахогенератора: от независимого источника со стабилизацией и без стабилизации напряжения и от на­ пряжения генератора. В схемах ответственных приводов наибольшее распространение получил первый способ. Погрешности тахогенератора с обмоткой возбуждения определяются конструктивными данными и величиной сопротивления обмотки Дтг возбуждения в процессе ра­ боты, так как при его изменении изменяется и соотноше­ ние между напряжением и магнитным потоком.

Выходное напряжение ненагруженного тахогенератора изменяют линейно. Если нагрузить тахогенераторы, то зависимость между напряжением тахогенератора и изме­ ряемой скоростью будет искажаться и может стать в зна­ чительной степени нелинейной, что значительно увеличи­ вает погрешность тахогенератора. Нелинейность харак­ теристики при нагрузке тахогенератора объясняется па­ дением напряжения в цепи якоря за счет протекающего тока и размагничивающим влиянием реакции якоря. Для уменьшения нелинейности характеристики тахогене­ ратора рекомендуется включать его на высокоомную на­ грузку. Зависимость положения кривой Е = f (п) от величины сопротивления нагрузки г показана на рис. 33.

Общими недостатками тахогеиераторов постоянного тока являются низкая эксплуатационная надежность из-за наличия щеток коллектора и возникновения помех

ника. Короткозамкнутый ротор тахогенератора выполнен в виде полого стакана из немагнитного материала. В па­ зах статора расположены две обмотки таким образом, чтобы оси магнитных потоков, создаваемых этими обмот­ ками, были взаимно перпендикулярны. Одна из обмоток называется обмоткой возбуждения, а вторая генератор­ ной. Если к обмотке возбуждения подключить перемен­ ное напряжение и привести ротор во вращение, то на вы­ ходе генераторной обмотки возникнет э. д. с., пропор­ циональная частоте вращения ротора. С помощью асин­ хронного тахогенератора можно измерять ускорение дви­ гателя или момент на его валу в переходных процессах. Для этого одна из обмоток подключается к источнику постоянного тока. Тогда на зажимах второй возникнет напряжение, пропорциональное ускорению.

Погрешности асинхронного тахогенератора зависят от многих факторов: от неточности сборки, неперпендикулярности осей обмотки возбуждения и генераторной обмотки, от влияния температуры на сопротивление ро­ тора и обмоток. Асинхронные тахогенераторы просты в изготовлении и удобны в эксплуатации, однако они имеют незначительную выходную мощность, поэтому в схемах в комплексе с ними применяют усилители (элек­ тронные, полупроводниковые и магнитные). Сельсины и тахогенераторы испытывают в том же объеме, что и обычные электрические машины. При проверке сельси­ нов обращают внимание на отсутствие обрывов и корот­ ких замыканий в обмотках, на отсутствие пробоев изоля-

66

ции и замыканий на корпус, а также между обмотками. На нормальную работу сельсинов оказывает большое влияние обгорание контактных колец, ослабление или поломка пружин траверсы, поломка или износ щеток, коррозия подшипников, погнутость и биение вала ротора, поэтому при обнаружении таких неисправностей их не­

медленно устраняют.

После соединения тахогенератора с приводным двига­ телем проверяют работу тахогенератора. Тщательное цен­ трирование необходимо для уменьшения механических вибраций, приводящих к износу тахогенератора, а также для сведения к минимуму пульсаций напряжения, про­ порциональных частоте вращения, которые резко снижают качество работы регуляторов, питаемых от тахогенера­ тора. Хорошо отцентрировать тахогенератор практи­ чески можно только в том случае, когда имеется возмож­ ность проворачивать его одновременно с двигателем и проводить контрольные измерения. При центрировании пользуются теми же приборами и инструментами, что и для нормальных электрических машин: часовым инди­ катором биений, виброметром.

5. Электромагниты и электромагнитные муфты

Электромагниты широко применяют в станкостроении для управления гидравлическими и пневматическими ме­ ханизмами (золотниками, распределителями, гидропане­ лями и пр.), дистанционного включения фрикционных и кулачковых муфт, а также в схемах механического торможения электродвигателей. Отечественная промыш­ ленность выпускает несколько типов электромагнитов переменного тока, из которых в станкостроении приме­ няют электромагниты типа МИС с номинальным усиле­ нием тяги от 10 до 84 Н (от 1 до 8,5 кгс) и ходом от 5 до 25 мм, электромагниты типа МТ с номинальными усилиями от 10 до 60 Н (от 1 до 6 кгс) и ходом от 10 до 15 мм, а также электромагниты длинноходовые серии ЭД с номинальным тяговым усилием от 4 до 250 Н (от 4 до 25 кгс) и ходом от

10 до 40 мм.

Принцип действия втяжных электромагнитов заклю­ чается в следующем (рис. 34). При включении катушки 2 создается магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу 1. В результате взаимодействия магнитного

потока с током катушки возникает усилие, втягивающее якорь 4 внутрь электромагнита. Для уменьшения коэффи­ циента трения между якорем и магнитопроводом и устра­ нения перекосов имеются латунные направляющие 3. Якорь электромагнита переменного тока имеет на полюсе короткозамкнутый виток 5, назначение которого то же, что и в электромагнитах контакторов и реле переменного тока. Электромагниты постоянного тока имеют на конце якоря немагнитную прокладку, предотвращающую его залипание. Для возврата якоря в исходное положение после отключения электромагнита служит пружина.

Рассмотрим схему механического торможения привода с асинхронным двигателем (рис. 35). Электромагнит 4 включен на линейное напряжение сети после главных контактов пускателя 1К■ В момент включения пуска­ теля 1К электромагнит получает питание, его якорь втя­ гивается, преодолевая противодействие пружины 2, и приподнимает тормозную колодку 3. Вал 1 двигателя рас­ тормаживается. После команды на отключение двигателя электромагнит теряет питание, и пружина прижимает тормозную колодку к поверхности тормозного шкива. Происходит интенсивное торможение, и двигатель оста­ навливается. В отличие от электрических тормозных ре­ жимов в этом случае не происходит повышенного нагрева обмоток двигателей, что является важным при частых пусках и остановах привода. Основным недостатком та­ кого способа торможения является значительный износ тормозных приспособлений, вызывающий дополнительные затраты на их эксплуатацию.

Сета

68

Важнейшей характеристикой электромагнита является механическая (тяговая) характеристика (рис. 36), пред­ ставляющая собой зависимость усилия развиваемого элек­ тромагнитом, от положения якоря (хода б). Вид механи­ ческой характеристики определяется главным образом конструкцией электромагнита: характером изменения за­ зора, жесткостью противодействующей пружины, гео­ метрией магнитной системы.

Электромагнитные муфты применяют в станкострое­ нии для переключения кинематических цепей в переда­ чах вращательного движения, например в коробках ско­ ростей и подач, а также для пуска, реверсирования и торможения главного привода. Широкое распростране­ ние получили электромагнитные многодисковые муфты типа ЭМТ, которые делят на муфты нормального исполне­ ния и быстродействующие. Конструктивные исполнения электромагнитных муфт позволяют приспосабливать их к особенностям конструкции пневматической цепи станка. Могут быть муфты с магнитопроводящимн и вынесенными дисками, с токоподводящим кольцом и без него.

Электромагнитная муфта нормального исполнения типа ЭМТ (рис. 37) состоит из корпуса 3 с размещенной внутри него катушкой 4, пакета фрикционных дисков 8 и 9, нажимного диска 10, поводка 11. Указанные выше части муфты объединены втулкой 2, выполненной из не­ магнитного материала. На корпус 3 насажено кольцо из изоляционного материала 5, в котором запрессовано контактное кольцо 6, соединенное с одним концом ка­ тушки. Второй конец катушки присоединен к корпусу

69