Лекція № 10 . Типи і характеристики електродвигунів, що застосовуються у робототехніці. Промислові серії електродвигунів

Технічний рівень та продуктивність перспективного обладнання, у тому числі гнучких виробничих модулів і систем, до складу яких уходять ПР, визначається значною мірою характеристиками таких найважливіших елементів як електродвигуни.

Основні вимоги до ЕП механізмів ПР, котрі практично повністю відповідають механізмам подачі верстатів, координаторів, поворотних столів, інструментальних револьверних головок і магазинів й іншому подібному обладнанню, що вимагає точного позиціювання або роботи в такому режимі, зводяться до наступних вимог:

Основні вимоги до ЕП ПР:

• мінімальні габарити й високі енергетичні показники, що забезпечують велику величину відношення вихідної потужності до маси (для встановлення двигунів безпосередньо в складі маніпулятора не менше ніж 150 кВт/кг);

• високі регулювальні можливості, що забезпечують отримання широкого діапазону регулювання швидкості (≥ 10000), виконання оптимальних законів розгону і гальмування з мінімальним часом перехідних процесів при відносно простій та надійній схемі керування ЕП;

• надійність, довговічність, безпечність, низький рівень шуму, простота обслуговування й експлуатації, можливість експлуатації при будь-яких положеннях у просторі.

Відповідно до цих вимог до ЕП ПР розроблені та випускаються вітчизняною і зарубіжною промисловістю промислові серії двигунів корпусного й безкорпусного виконання, що оснащені безконтактними датчиками швидкості й положення, безлюфтовим гальмом і температурним захистом, що мають спеціальне виконання з можливістю вбудування хвильового редуктора (до 23 Нм): тривалий момент 0,035 – 170 Нм, ступінь захисту не гірше від 1Р54, виконання підвищеної та високої точності, група експлуатації М8, М9, загальний строк служби не менше ніж 15 років, ресурс не менше ніж 30000 годин, максимальна частота обертання від 2000 до 6000 об/хв.

За швидкодією вони розділяються на три категорії:

• з нормальною швидкодією (теоретичне прискорення (8–10)10³ с^–2 у діапазоні моментів 1,7 – 47 Нм);

• з підвищеною швидкодією (теоретичне прискорення (15–20)10³ с^–2 у діапазоні моментів 0,035 – 47 Нм);

• із надвисокою швидкодією (теоретичне прискорення (30–35)10³ с^–2 у діапазоні моментів 0,7 – 21 Нм, допустима кількість реверсів – не менше ніж 600 на хвилину).

Для ЕП роботів серії включають колекторні й безколекторні (вентильні) двигуни постійного струму, оскільки в ЕП постійного струму вдається більш простим способом досягти високою якості й точності регулювання координат і використовувати для цього більш прості та надійні схеми керування.

Для ЕП ПР у серію ввійшли тільки двигуни зі збудженням від постійних магнітів, за рахунок їх меншої маси і габаритів, більшої простоти й надійності, більш простої схеми підключення, більш високого ККД, більш високій температурі стабільності характеристик (магнітний потік не залежить від температури) та меншій вартості порівняно з двигунами постійного струму з електромагнітним збудженням при інших рівних умовах.

Як магнітний матеріал використовуються дешеві ферити, які мають високу коерцитовну силу, що дозволяє підвищити потужність двигуна, тобто створювати високомоментні двигуни.

На рисунку 10.1. подано розподіл двигунів і промислових серій за діапазоном номінальних моментів.

Разом з тим слід відмітити широке розповсюдження в наш час дискретних (крокових) приводів, що мають дві різновидності:

• приводи з керуванням кроковим двигуном (КД) та проміжним підсилювачем моменту, виконаним у вигляді стежачої гідравлічної системи,

• приводи з силовим КД, що з’єднаний безпосередньо з виконавчим механізмом через механічну передачу.

ДВУ ДВУ Синхронні (вентильні)		0,05	0,47	7	13 35
ДПУ Постійного струму	Дискові		0,57	3,5
	Циліндричні	3 ДП ,85 0,06	3,85 ДПУ 0,216 0,7	2ПБВ 7,5 1 ДПУВ5 ,9 3,85 3,8 4,3	37

Рис.10.1. Промислові серії електродвигунів, що входять у склад комплектних ЕП ПР

Асинхронні двигуни в приводах ПР не отримали поки що розповсюдження за рахунок відносної складності й високої вартості перетворювачів, що забезпечують регулювання частоти обертання. АД застосовуються у глибокорегульованих ЕП серії “Розмір 2М–5”, призначених для механізмів головного руху і подачі металорізальних верстатів з ЧПК. Ці ЕП поки що не відповідають повною мірою комплексу вимог до ЕП роботів, але по мірі їх удосконалення слід очікувати застосування АД у промисловій робототехніці.

Розглянемо двигуни основних промислових серій, що найбільш широко застосовуються у комплектних ЕП ПР.

Двигуни серії ДП

Циліндричні двигуни серії ДП призначені для використання у складі комплектних багатокоординатних транзисторних ЕП типу ЕШИМ–1. Технічні характеристики двигунів наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Характеристики двигунів серії ДП

Найменування параметра, розмірність	Умовні позначення двигуна
	ДП35–25–4–24	ДП40–40–4–24		ДП50–60–4–24		ДП90–90–4–24
	Значення параметра
Ном. напруга, В	24	24	24		24
Ном. потужність, Вт	25	40	60		90
Ном. частота обертання, об/хв	4000	4000	4000		4000
Ном. момент, Нм	0,06	0,0955	0,143		0,216
Ном. пусковий момент, Нм (не менше)	0,216	0,43	0,88		1,77
Ном. струм, А	2,0	3,0	4,3		5,5
Діаметр корпю., мм	35	40	50		60

Двигуни ДП мають конструктивні виконання за способом монтажу з фланцем (1М3681), що недоступний з іншого боку, обладнані вбудованим тахогенератором (доп. ознака вик. ДО940).

Номінальний режим роботи – тривалий (S1). Допустиме перевантаження за струмом 50% протягом 1 хв. При реверсі амплітуда струму не повинна перевищувати величини початкового пускового. Галузь раціонального застосування двигунів ДП – складальні роботи, вимірювальні машини, графопобудівники.

Двигуни серії ДПУ

Циліндричні двигуни серії ДПУ призначені для використання у складі комплектних уніфікованих трифазних тиристорних ЕП типу ЕПУ1 і транзисторних ЕП типу ЕШИМ1.

Таблиця 2

Характеристики двигунів серії ДПУ (циліндричні)

Найменування параметра, розмірність	Умовні позначення двигуна
	ДПУ87–75	ДПУ127–220	ДПУ127–450
	Значення параметра
Ном. напруга, В	23	30	57
Ном. потужність, Вт	75	220	450
Ном. частота обертання, об/хв	1000	1000	1000
Макс. частота обертання, об/хв	2000	2000	2000
Ном. момент, Нм	0,7	2,1	4,3
Ном. струм, А	4,5	11	11
Кратність макс. струму	4,5	9	9
Розрахункові прискорення, с–2	15000	7500	8700
Момент інерції Jx103, кгм2	0,21	2,8	4,9
Маса, кг	3,2	12	16
Діаметр корп, мм	35	40	50

Двигуни ДПУ127 мають конструктивне виконання за способом монтажу (1М3081) з двома підшипниковими щитами, а двигуни ДПУ87–1М4481 з одним підшипниковим щитом з фланцем на станині. Ступінь захисту двигунів 1Р44. У двигуни вбудовується або тахогенератор ТП80–20–0,2 (дод. ознака вик. Д09), або тахогенератор і датчик шляху LTSа11с.

На рисунку 10.2 наведені діаграми роботи двигунів, де пронумеровані чотири зони для різних режимів роботи. Номінальний режим роботи – тривалий S1 (зона 1), допускається робота двигунів у повторно короткочасному режимі S3при ПВ = 25% і часу циклу 30 хв. зі швидкістю не вище від половини номінальної (зона 2); у повторно короткочасних режимах S3 при будь-якому ПВ та часу циклу не більше ніж 10 хв. (зона 3); у повторно короткочасних режимах S5 із частими пусками і гальмуваннями (зона 4). Середньоквадратичний струм у всіх режимах не повинен перевищувати номінальний, указаний у таблиці 2.

Галузь застосування – промислові роботи, механізми подачі верстатів з ЧПК.

Рис.10.2. Діаграми роботи двигунів:

ДПУ127–450 (а), ДПУ127–220 (б), ДПУ87–75 (в)

Дискові двигуни серії ДПУ із штампованим якорем і вбудованим тахогенератором призначені для використання у складі комплектних ЕП типу ЕПУ1, ЕШИМ1.

Двигуни ДПУ (дискові) мають конструктивне виконання за способом монтажу 1М4481, обладнані вбудованим тахогенератором (дод. ознака вик. Д41–09) або без нього. Ступінь захисту двигуна становить 1Р44.

Двигун забезпечує тривалий номінальний момент при швидкості обертання від 0,1 до 3000 об/хв у тривалому режимі S1, а також у повторно короткочасному режимі S5 із числом вмикань до 1500 на годину. При повторно короткочасному режимі середньоквадратичний струм двигуна не повинен перевищувати номінального значення.

Таблиця 3

Характеристики двигунів ДПУ (дискові)

Найменування параметра, розмірність	Умовні позначення двигуна
	ДПУ160–180–3	ДПУ200–550–3	ДПУ240–1100–3
	Значення параметра
Ном. напруга, В	36	92	122
Ном. потужність, Вт	180	550	1100
Ном. частота обертання, об/хв	3000	3000	3000
Ном. момент, Нм	0,57	1,7	3,5
Ном. струм, А	7	7,4	11
Кратність макс. моменту	5	5	5
Розрахункові прискорення, с–2	9025	10897	9000
Момент інерції Jx103, кгм2	2,77	7,8	19,44
Розмір приєднувального фланця, мм	160	200	240

Малий момент інерції якоря і високі динамічні показники дискових двигунів визначають доцільне їх використання у швидкодіючих ЕП ПР, верстатах свердління печатних плат, діркопробивних пресах та ін.