Привод главного движения. Принцип двухзонного регулирования

В станках чаще применяются приводы главного движения с двигателями постоянного тока и тиристорными преобразователями напряжения.

В станках с ЧПУ , в приводах постоянного тока применяют два способа регулирования: изменением напряжения, подаваемого к якорю двигателя и потока возбуждения.

Главный привод, в основном, требует регулирования скорости при, примерно, постоянной мощности ( Р=const ), т.к. большим скоростям при чистовой обработке соответствуют меньшие усилия резания, а меньшим скоростям при чистовой обработке - большие усилия.

На малых скоростях мощность ограничивают по условиям механической прочности передач. Поэтому при малых n ( частотах вращения шпинделя ) требуется ограничение вращающего момента на определенном уровне и регулирование скорости осуществляется по закону М=const.

Примерный вид изменения мощности и момента при электромеханическом регулировании скорости главного привода имеет вид:

Рис.1. График изменения мощности и момента при

регулировании скорости привода главного движения

Аналогичные зависимости используют для продольнострогальных и карусельных станков.

Т.о. на участке 1/3 - 1/2 диапазона регулирования ( зона 1, рис.1) мощность возрастает, примерно, пропорционально скорости, т.е. М=const. Скорость регулируется от w₀ до 0, т.е. вниз от номинальной, изменением напряжения на якоре от U_ном до 0. Поток возбуждения остается номинальным. Мощность снижается пропорционально w ( от Р_ном до 0 ) при М=const.

На участке 2 ( см. рис.) скорость регулируется от w_ном до w_max , при Р=Р_ном=const ослаблением магнитного потока ( U_я= U_ном). Вращающий момент уменьшается обратно пропорционально скорости.

Т.о. организуется двухзонное регулирование скорости. В зоне 3 скорости регулирования от w^’_max до w^’’_max путем дальнейшего ослабления магнитного потока. При этом Р и М падают.

Для привода главного движения основными параметрами являются номинальная мощность Р_ном , характеризующая работу двигателя в зоне 2. Мощность привода главного движения в среднем составляет 5¸50 кВт.

Диапазон регулирования скорости в приводах главного движения составляет, примерно, 100.

Для систем с адаптивным управлением диапазон достигает 1000. По технологическим требованиям Д_м=const@20.

К электроприводам главного движения предъявляются требования изменения угловой скорости в диапазоне 2.5¸1 - 4¸1 при постоянной мощности и в диапазоне 10¸1 при постоянном моменте. Привод должен быть с большим ( не менее 100 ) числом электрических ступеней, что обеспечивает коэффициент плавности j£1.1.

Максимальная частота привода главного движения выбирается по предельному режиму обработки при работе в 3 зоне и достигает 6000 об/мин.

Перегрузочная способность для привода главного движения характеризует возможность работы в форсированных режимах: больший объем металла или упрочнение привода. В пусковых режимах перегрузочная способность определяет время переходного процесса при пуске ( торможении ). Перегрузочная способность составляет 2¸2.5.

Привод главного движения должен иметь два тиристорных преобразователя: один для питания якоря, другой для цепи возбуждения и два контура регулирования. В приводах главного движения применяют двухзонное зависимое управление. При зависимом управлении магнитный поток остается номинальным до тех пор, пока скорость двигателя меньше основной. Затем повышение скорости обеспечивается ослаблением магнитного потока. В станках с ЧПУ для привода главного движения, в большинстве случаев, используется тиристорные электроприводы постоянного тока и двухступенчатая коробка передач. Расширяется использование для привода главного движения асинхронного ЭД с частотным управлением от тиристорных преобразователей.

Двигатели переменного тока в замкнутом исполнении имеют значительно меньшие габариты по сравнению с двигателями постоянного тока. Однако тиристорные преобразователи переменного тока по габаритам в 2-3 раза больше тиристорных преобразователей постоянного тока и дороже их.

В настоящее время асинхронные электроприводы для механизмов главного движения станков шлифовальной группы с ЧПУ.

Упрощенная структурная схема привода главного движения с двухзонным зависимым управлением для двигателя постоянного тока имеет вид:

Рис.2. Схема привода главного движения с двухзонным зависимым управлением для двигателя постоянного тока.

Схема управления напряжением якоря имеет замкнутый контур по скорости двигателя с регулятором скорости ( РС ) и подчиненный ему контур тока с регулятором тока ( РТ ).

Система управления током возбуждения связана с системой управления напряжением якоря через ЭДС двигателя. Поскольку ЭДС зависит от магнитного потока и скорости е=кфw , стабилизация ЭДС во второй зоне приводит к тому, что магнитный поток двигателя изменяется обратно пропорционально скорости. Сигнал, пропорциональный ЭДС, снимается с диаграмм тахометрического моста, образованного якорем двигателя, обмоткой, дополнительных полюсов ( ДП ) и сопротивлениями R₁ и R₂ . Сигнал, пропорциональный ЭДС якоря, подается на Пи-регулятор возбуждение РВ, включающий нелинейный элемент и далее управляет тиристорным преобразователем ТП2.

На вход регулятора РВ также подается опорное напряжение, соответствующее номинальной скорости привода. Пока w<w_ном регулятор РВ находится в насыщении и по обмотке ОВ течет номинальный ток.

При w>w_ном регулятор вступает в работу и начинает уменьшать поток возбуждения.

График изменения ЭДС, w и ф при увеличении скорости выше номинальной, при пуске, имеет вид: