Меню

Электропривод с асинхронным двигателем постоянного тока

Электродвигатели

  • Основные параметры электродвигателя
    • Момент электродвигателя
    • Мощность электродвигателя
    • Коэффициент полезного действия
    • Номинальная частота вращения
    • Момент инерции ротора
    • Номинальное напряжение
    • Электрическая постоянная времени
    • Механическая характеристика
  • Сравнение характеристик электродвигателей
  • Области применения электродвигателей
  • Производители электродвигателей

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Стандартная конструкция вращающегося электродвигателя

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

Принцип работы двигателя

Принцип работы электродвигателя

Принцип действия электродвигателя

Принцип работы двигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

  1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
  2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
  3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
  4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
  5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
  • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
  • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
  • ЭП — электрический преобразователь
  • ДПР — датчик положения ротора
  • ВРД — вентильный реактивный двигатель
  • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
  • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

  • Реактивный
  • Гистерезисный
  • Реактивно-гистерезисный
  • Шаговый

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

  • Момент электродвигателя
  • Мощность электродвигателя
  • Коэффициент полезного действия
  • Номинальная частота вращения
  • Момент инерции ротора
  • Номинальное напряжение
  • Электрическая постоянная времени
  • Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

,

  • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

  • где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

  • где – угол, рад,

,

  • где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
    При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

IEC 60034-31

Частота вращения

  • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

  • где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Источник

Электропривод станка, в поисках золотой середины.

Продолжаем тему, начатую в предыдущем номере, о том, как не повторять ошибки совершенные ранее Вашими коллегами.

Модернизация станка, в первую очередь подразумевает обновление систем ответственных за точное перемещение инструмента и детали. Проблем связанных с механической обработкой и заменой изношенных механических узлов мы касаться не будем, поговорим об электроприводе, так как без него ни один станок работать не будет.

На большинстве отечественных станков ранее штатно устанавливались двигатели постоянного тока. Они относительно надежны и неприхотливы в эксплуатации. Однако это не относится к их щеточным аппаратам, которые требуют регулярного контроля и обслуживания. Возникает законное желание оставить их на станке. Отдельный разговор — настройка приводов постоянного тока. Штука сложная, настроить такой привод может только специалист, а если его нет или он заболел, то приходится его искать на стороне, а станок при этом простаивает, принося убытки вместо прибыли. В крайнем случае, при острой нехватке средств, можно конечно «постоянники» и оставить, но лучше заменить привода на современные. Выбор новых приводов очень широк, только одних производителей станочных приводов наберется с сотню. Кого выбрать — решайте сами, как выбрать — постараемся разобраться.

Собственно вариантов замены старого привода на новый, не так уж много. Осталось найти тот, который наиболее полно будет соответствовать поставленной задаче:

Асинхронный электродвигатель с датчиком поворота (энкодером) на валу и преобразователем частоты с обратной связью — наиболее простой вариант замены. При выборе надо учитывать, что у асинхронного электродвигателя, при одинаковой мощности, крутящий момент меньше чем у электродвигателя постоянного тока. Обычно выбирается двигатель на 20-30% большей мощности. Современные асинхронные привода позволяют получить характеристику скорость/момент не хуже чем у привода постоянного тока. Причем у них отсутствуют щетки, а все остальное в обслуживании практически не нуждается. Поставили на станок, настроили и забыли, просто и удобно.

Читайте также:  С помощью какого опыта можно показать возникновение индукционного тока проводник концы которого

Асинхронный электродвигатель с преобразователем частоты без обратной связи. Если требуется выбрать привод для вращения патрона токарного станка, не предназначенного для нарезания резьбы и прочих операций, требующих позиционирования патрона, то использование привода с обратной связью не всегда будет оправдано, в некоторых случаях можно обойтись обычным общепромышленным асинхронным электродвигателем и преобразователем частоты без обратной связи или с виртуальной обратной связью.

Бесколлекторный электродвигатель на постоянных магнитах с датчиком положения ротора (резольвером или абсолютным энкодером) и преобразователем частоты — этот лучший вариант замены, но не самый экономичный. Бесколлекторный электродвигатель выбирается по требуемой частоте вращения вала и максимальному крутящему моменту. Выбирать такой мотор по мощности не стоит, так как их характеристики сильно отличаются как от двигателей постоянного тока, так и асинхронных. Эти электромоторы при меньших габаритах обеспечивают больший крутящий момент, что может являться решающим фактором при недостатке места для монтажа. В обслуживании они так же не нуждаются.

Бесколлекторный электродвигатель на постоянных магнитах с датчиком положения ротора, преобразователем частоты и безлюфтовым редуктором — очень хорошее решение для приводов, где не требуется большая скорость. За счет использования редуктора, можно увеличить крутящий момент, используя двигатель и преобразователь частоты меньшей мощности. Не стоит пугаться высокой стоимости безлюфтовых редукторов, стоимость маломощного двигателя с редуктором, скорее всего, окажется ниже, чем электродвигателя большой мощности. Вполне возможно, что двигатели изначально стоявшие на Вашем станке, обеспечивали такие максимальные скорости перемещения, каким Вы никогда не пользовались и, переоценив необходимые скоростные характеристики можно хорошо сэкономить на приводах, не потеряв в качестве работы станка.

Линейный электродвигатель прямого привода с преобразователем частоты— достаточно новое явление на станочном рынке. Конструктивно это тот же Бесколлекторный электродвигатель на постоянных магнитах, ротор и статор которого развернуты в плоскости. Имеет серьезные преимущества по сравнению с обыкновенными электродвигателями — отсутствие редуктора и шарико-винтовой пары, превосходная динамика, большая скорость перемещения, отсутствие люфтов. Но при модернизации станка может потребовать значительной переделки механической части, потому его использование более целесообразно в новых станках или при серьезной модернизации механики. Первый взгляд на цену такого привода может напугать. Однако следует сравнить его стоимость с тем, во сколько обойдется покупка всех компонентов отдельной оси перемещения из привычных компонентов:

Весь этот комплект заменяется линейным приводом и при таком сравнении он уже не кажется чрезмерно дорогим.

Еще одним преимуществом линейного привода является наличие датчика линейного перемещения установленного на каретке, что позволяет отказаться от использования дополнительных магнитных или оптических линеек для точного считывания перемещений.

Шаговый электродвигатель с блоком управления — сомнительный выбор, однако также применяется в станках, где его использование оправдано в силу каких либо причин. Простота управления и относительно низкая цена, как самих двигателей, так и их блоков управления, позволяет строить на шаговых двигателях очень дешевые системы перемещения, например для гравировальных или фрезерных столов «гаражного» изготовления. В качестве управляющей системы ЧПУ в таком случае используется обычный компьютер. Главным недостатком шаговых двигателей является небольшой крутящий момент, низкая максимальная скорость, достаточно большая величина «шага», ярко выраженный «шаговый» характер перемещения на низких скоростях, большую потребляемую мощность в состоянии покоя и крайне неприятную возможность проскальзывания шага при чрезмерной нагрузке. Эти недостатки частично компенсируются использованием понижающей передачи, однако максимальная скорость при этом падает еще больше. Значительно улучшить характеристики шагового двигателя, можно используя дробление шага и обратную связь по положению вала, но это резко увеличивает стоимость системы.

Электродвигатель постоянного тока с блоком управления — если и стоит рассматривать, то как крайний вариант. До сих пор производимые в нашей стране и бывшем соцлагере, блоки управления и сами двигатели постоянного тока, своим качеством изготовления, возможностями и сервисом только усугубляют проблемы их эксплуатации и обслуживания. Асинхронный или бесколлекторный электродвигатель позволяют решать те же задачи, но с меньшими затратами и головной болью.

Применение датчиков угла поворота и линейного перемещения так же имеет некоторые тонкости, которые следует учитывать при модернизации станочного оборудования.

Большинство электроприводов станка имеют датчики на валу электродвигателя, в большинстве случаев сигналы этих датчиков можно использовать для контроля перемещения оси со стороны СЧПУ, но в некоторых случаях такое использование недопустимо. Датчик, отслеживающий положение и перемещение оси, должен иметь жесткую связь с точкой, в которой контролируется позиция. В некоторых случаях наличие люфтов, возможно, скомпенсировать в настройках программы СЧПУ, однако это возможно только в том случае, когда люфт имеет одинаковую величину на всей протяженности перемещения. Например: люфт в цилиндрическом редукторе имеет практически неизменную величину и легко компенсируется программно. Другой пример — изношенная зубчатая рейка, в данном случае величина люфта будет меняться в зависимости от степени изношенности зубьев рейки, и его программная компенсация может оказаться невозможной. В данном случае логично будет установить дополнительно линейный датчик, непосредственно на перемещаемый узел.

Иногда возникает обратная ситуация, имеется асинхронный электродвигатель без датчика и датчик имеющий механическую связь с двигателем но установленный после редуктора или коробки переключения скоростей, например на валу патрона токарного станка. Возникает желание использовать этот датчик в цепи обратной связи по скорости преобразователя частоты. Однако ввиду того, что цилиндрические редукторы имеют люфты в зубчатых передачах, использование такой обратной связи может оказаться невозможным, так как для нормальной работы, преобразователю частоты необходимо, чтобы датчик поворота вала имел жесткую связь с электродвигателем. По той же причине невозможно использовать для контроля скорости, датчики соединенные с валом электродвигателя через ременные передачи. Так как в ременном приводе возможно проскальзывание и ремень может растягиваться при изменении нагрузки, добавляя в цепь обратной связи неконтролируемое упругое звено.

Как итог изложенного следует, что датчик положения ротора должен быть закреплен непосредственно на валу электродвигателя или, если это невозможно, в качестве крайней меры, на выходном валу безлюфтового редуктора. По этому датчику, так же возможно контролировать положение и перемещение исполнительного узла, при условии, что в кинематической схеме отсутствуют элементы проскальзывания и неравномерных люфтов. В противном случае, следует использовать для контроля позиции отдельный датчик, соединенный непосредственно с перемещаемым узлом.

Еще один вопрос, на котором стоит остановиться отдельно — как осуществляется связь преобразователя частоты и управляющей части станка, например системы ЧПУ. Самый старый и распространенный вариант, это управление аналоговым сигналом по напряжению амплитудой 5 или 10 вольт или по току 0..20ма или 4..20ма. Аналоговое управление достаточно просто реализуется, но имеет существенный недостаток — подверженность электромагнитным помехам. Практически любой блок управления электродвигателем (как постоянного тока, так и асинхронным) имеет на выходе импульсное напряжение высокой энергии, которое создает помехи в слаботочных цепях расположенных по соседству. Причем аналоговые сигналы с управлением по напряжению более подвержены помехам, чем токовые. Полностью избавиться от этих помех невозможно, можно только минимизировать их влияние установкой выходных фильтров, правильным экранированием всех аналоговых и силовых цепей и использованием гальванической развязки. Неправильное соединение цепей экранирования и заземления — одна из распространенных причин вызывающих проблемы при работе приводов на станке. Причем часто возникает ситуация что в процессе наладки привод работает нормально, а проблемы появляются только в процессе работы, когда одновременно функционируют несколько приводов станка.

Гораздо проще бороться с помехами, если управляющие сигналы от СЧПУ к приводу передаются в цифровом виде. При этом задание скорости приводу не проходит двойного преобразования «цифра-аналог-цифра» что вносит свои ошибки, а так же в намного меньшей степени подвержено влиянию внешних электромагнитных помех. Современные привода обычно позволяют работать с несколькими цифровыми интерфейсами, выбор одного из вариантов осуществляется установкой платы или модуля расширения в блок управления. К сожалению, многие системы ЧПУ, производимые в настоящее время, не позволяют использовать цифровое управление приводом, а используют только управление аналоговым сигналом. Поэтому при выборе интерфейса, стоит предварительно убедиться, что он поддерживается СЧПУ, которую вы собираетесь использовать или искать СЧПУ имеющую такую возможность.

Читайте также:  Ток короткого замыкания это сверх ток электрической цепи

Некоторые системы ЧПУ, рассчитанные для управления шаговыми двигателями, используют для управления приводами дискретные сигналы «направление, шаг». Этот способ можно считать достаточно хорошо защищенным от помех, однако изначально он ориентирован на пошаговое перемещение, и использовать его для управления приводами других типов затруднительно.

Существует еще один интересный вариант построения станка с ЧПУ, это использование систем в одном корпусе сочетающих преобразователи частоты и контроллер управления движением. В таком варианте управление преобразователями частоты осуществляется по скоростному цифровому интерфейсу внутри блока. Такой вариант имеет значительные преимущества по сравнению с обычной конфигурацией, когда контроллер управления движением (СЧПУ) и преобразователи частоты располагаются отдельно, это наилучшая согласованность элементов системы, высокая помехозащищенность и что немаловажно экономия пространства внутри шкафа управления. Преобразователи частоты встроенные в такие устройства обычно имеют большое количество вариантов настройки для работы с электродвигателями различных типов и производителей. Управление блоком осуществляется по последовательному интерфейсу от внешней панели оператора (или индустриального компьютера, выполняющего роль операторской панели) и устройства хранения и редактирования управляющих программ. Такой вариант удобен еще и тем, что панель оператора можно отнести на достаточно большое расстояние от шкафа управления. При этом не требуется тянуть больше количество проводов к пульту, так как датчики и клапаны, концевые выключатели и прочие элементы подключаются к контроллеру движения, а все данные передаются в пульт оператора по последовательному интерфейсу, требующему максимум четыре провода.

Еще одна проблема, которую надо учитывать при выборе приводов, это возможность сопряжения датчика на валу двигателя с блоком управления. Одно то, что на двигателе закреплен резольвер, а в преобразователе частоты установлена плата связи с резольвером, еще не является гарантией работоспособности такой связки. Резольверы разных производителей могут быть рассчитаны на различные рабочие напряжения и частоты, так же распайка разъемов датчиков у разных производителей может отличаться. Если электродвигатель и блок управления изготовлены одним производителем и продаются комплектно, таких проблем не возникает. Но если вы собираетесь использовать двигатели уже установленные на станке или просто компоненты от разных производителей то стоит предварительно убедится в их совместимости, причем не «по телефону», а взяв образец у поставщика для испытаний. Серьезные продавцы приводной техники предоставляют такую возможность, а с другими лучше не связываться

Планируя модернизацию станка, стоит призадуматься и об эффективности работы на нем. Даже если станок предназначается исключительно для ручного перемещения инструмента, стоит оснастить его устройством цифровой индикации, что, несомненно, ускорит операции по обработке деталей, так как рабочему не придется периодически останавливать станок для измерений. Стоимость УЦИ невысока, а эффект от ее использования будет виден уже в первый день работы. Это самый простой дешевый способ добавить станку удобства и качества работы. Перемещение инструмента выполняется вручную, но координаты уже считываются и отображаются автоматически.

Немного сложнее вариант использования УЦИ с предварительным набором позиции. Это ещё не система ЧПУ, но уже подразумевает наличие приводов подачи. Её имеет смысл использовать на тех станках, где уже есть привода подачи, но управление ими осуществляется вручную. Станочнику достаточно задать скорость и расстояние перемещения, дальше все сделает автоматика, значительно сокращается шанс «проскочить» требуемую точку. Скорости работы это прибавит немного, зато человек, работающий на станке, меньше устанет и сделает меньше ошибок. Особенно эффективна такая схема, когда выполнение одной операции занимает продолжительное время, например токарная обработка длинномерных деталей с малыми подачами.

Ну и, наконец, вершина инженерной мысли — СЧПУ. Собственно это не более чем компьютер, выполняющий одну единственную программу «управление станком». Бытует ошибочное мнение, что система ЧПУ требуется только там где идет серийное изготовление одинаковых деталей. Это совсем не обязательно и скорее даже наоборот, конечно станок «автомат» выдаст больше деталей чем «ручной», но даже при штучном производстве система ЧПУ позволит оптимизировать процесс за счет автоматизации простых операций вроде нарезания резьбы или глубокого сверления. Конечно, даже самая простая система ЧПУ стоит немалых денег и прежде чем решится на её использование стоит посчитать затраты.

Сейчас на рынке представлено большое количество систем ЧПУ как отечественного, так и импортного производства и первый раз оказавшись перед проблемой выбора можно растеряться. Хотя на самом деле все не так страшно. В первую очередь стоит определиться, сколько координат имеется на станке. Естественно выбранная СЧПУ должна поддерживать не меньше осей, чем есть на станке. Далее стоит определиться требуется ли линейное и нелинейное перемещение по нескольким осям одновременно. Некоторые системы ЧПУ в минимальной комплектации поддерживают только линейную интерполяцию по двум осям, дорогие системы позволяют согласованно перемещать 6-8 осей по различным нелинейным траекториям. Разнообразие возможностей конечно хорошо, однако, зачем нам 8 осей с интерполяцией на простом сверлильном станке? Выбирать стоит систему, содержащую все требуемые и минимум ненужных функций, ведь платить придется за все, даже за неиспользуемые опции. Следует очень внимательно пересчитать все имеющиеся на станке датчики, органы контроля и управления (конечные выключатели, кнопки, манипуляторы, и.т.д.) и исполнительные механизмы (электромагнитные муфты, электроклапаны, и.т.д.) для того чтобы определить количество требуемых дискретных входов и выходов. Некоторые системы имеют ограничение по количеству входных и выходных сигналов, другие позволяют добавлять необходимое количество, подсоединяя дополнительные модули расширения. Если в процессе окончательной сборки станка обнаружится что, не хватает двух-трех релейных выходов, то добавить их будет очень сложно, значительно проще в процессе разработки заложить 20%-й избыток, он может пригодиться и при модификации станка в будущем.

Неплохо также перед приобретением убедиться, что данная СЧПУ сопрягается с выбранными Вами приводами, а еще лучше получить об этом письменное подтверждение фирмы изготовителя или проверить самому до приобретения.

Иногда проблемы возникают в стыковке СЧПУ датчикам положения, магнитными или оптическими линейками, о возможности сопряжения всех используемых у Вас датчиков стоит предварительно проконсультироваться с производителем. Таким образом, можно избежать многих неприятностей в процессе пуско-наладочных работ.

Еще стоит упомянуть проблему, возникающую в основном в больших цехах старых предприятий, это сеть. В теории, то есть в распределительном щите цеха должно быть 3 фазы по 380 вольт, вот только на практике такое встречается редко. Нагрузки большой мощности, коммутируемые в цеху, и недостаточное сечение питающих цех кабелей приводят к сильным просадкам сетевого напряжения, а это в свою очередь одна из основных причин сбоев станков со сложной электроникой. Для станков без электроники, имеющих в электрической части один или несколько двигателей, такие просадки могут быть незаметны, а вот для системы ЧПУ это может стать причиной отказа. Поэтому стоит проконтролировать состояние питающей сети в цеху и при значительных отклонениях напряжения использовать для питания СЧПУ устройство бесперебойного питания или как минимум стабилизатор напряжения, хотя как показывает практика, на производстве он малоэффективен. Возможно, окажется полезным, проложить к станку отдельный кабель от распределительного щита, стоит это недорого, а снижение помех от питающей сети позволит избежать многих проблем в работе.

Источник

Электроприводы постоянного тока

Электроприводы постоянного тока работают за счет электромагнитной индукции и используются для превращения поданной энергии во вращательные или поступательные движения.

Мощность оборудования зависит от конструктивных особенностей, в особенности количества полученного ресурса и его потерь при преобразовании (КПД).

Классифицируют электроприводы по способу возбуждения:

  1. Независимые. Обмотку питает подключаемый источник тока.
  2. Шунтовые. Параллельное подключение обмотки возбуждения и источника питания.
  3. Сериесные. Последовательное подключение.
  4. Компаундные. Совмещают последовательное и параллельное подключение.

Электроприводы постоянного тока применяют на производствах как моторы для станков и других видов машин, в бытовой технике (стиральные машины, пылесосы, фены, часы) и ЖД и автотранспорте.

Данный вид двигателей показывает наилучшие результаты в системах, где требуется:

  • режим работы в 4-х квадрантах с рекуперацией;
  • продолжительная эксплуатация на низких скоростях;
  • динамичное и интенсивное производство – регулярные разгоны и остановки с минимальным выделением тепла при работе;
  • минимальные габариты и вес оборудования;
  • тонкая настройка скорости в широком диапазоне при неизменной мощности.
Читайте также:  Измеритель тока в стенах

Электродвигатель постоянного тока не предназначен для работы в загрязненных средах (стандартная степень защиты корпуса IP 23, максимум 54) и требует регулярного ТО.

Как выбрать электропривод постоянного тока

Согласно данным рыночных исследований компании «Интехникс» спрос на двигатели с широким и точным диапазоном регулирования скоростей, в том числе и вверх от номинального значения ежегодно возрастает на 6-8%.

Микропроцессорные силовые статические преобразователи, функциональная составляющая DC и AC электроприводов сглаживают разницу между двумя видами оборудования, но традиционный привод постоянного тока по-прежнему более устойчив к перегрузкам и способен проводить рекуперацию.

При подборе технической оснастки для выполнения производственных задач опираются на 6 факторов:

  1. Цена двигателя, необходимого для эксплуатации комплектующих, монтажа.
  2. Размер текущих расходов на поддержание работоспособности – ТО, аренда площади, КПД.
  3. Габариты, масса и время срабатывания (отклик, разгон, 4-х квадрантные операции, аварийная защита).
  4. Гарантийный срок, соответствие международным и российским отраслевым стандартам.
  5. Влияние на окружение – искажение напряжения в сети, электромагнитная совместимость.
  6. Реализация и эффективность отвода тепла.

Несмотря на относительно высокую стоимость данного вида оборудования, обусловленную сложностью сборки и требовательностью к условиям эксплуатации (по сравнению с асинхронными двигателями), анализ среднестатистических моделей DC и AC показывает преимущества приводов постоянного тока. В том числе для намоточных устройств, испытательных стендов, буровых установок.

Во время модернизации производства производят полную замену техники или ее компонентов, если это рентабельно.

Вместо инсталляции привода переменного тока в синхронном двигателе меняют преобразователь или его модули, внедряют цифровую управляющую электронику вместо аналоговой, приводную систему приводят к частотно-регулируемому виду.

Последнее решение считается специалистами оптимальным, в том случае если финансовые и временные затраты на монтаж не нанесут существенного ущерба работе предприятия.

Больше о современных электроприводах постоянного тока можно узнать на выставке «Электро».

Источник



Замена двигателей постоянного тока на асинхронные двигатели переменного тока

Промышленные двигатели постоянного тока начали выпускаться в 1860—1870 гг., чему предшествовал 30-летний период их разработки после фундаментальных открытий М. Фарадея (закона электромагнитной индукции и превращения электрической энергии в механическую).

Двигатели постоянного тока широко применяются и в наше время благодаря использованию современных тиристорных преобразователей, которые позволяют осуществлять регулирование скорости данных двигателей путем изменения напряжения на якоре или в обмотках возбуждения. Для расширения диапазона регулирования скорости используются различные сигналы обратной связи (напряжение на якоре, тахогенераторы и т.д.). Однако эксплуатация двигателей постоянного тока влечет за собой ряд значительных неудобств, связанных с конструктивными особенностями машин данного типа, а именно:

1. Сложность конструкции и, как результат, высокая цена
2. Наличие щеточно-коллекторного узла
3. Большая масса
4. Необходимость в периодическом обслуживании

Промышленные двигатели постоянного тока начали выпускаться в 1860—1870 гг., чему предшествовал 30-летний период их разработки после фундаментальных открытий М. Фарадея (закона электромагнитной индукции и превращения электрической энергии в механическую).

Двигатели постоянного тока широко применяются и в наше время благодаря использованию современных тиристорных преобразователей, которые позволяют осуществлять регулирование скорости данных двигателей путем изменения напряжения на якоре или в обмотках возбуждения. Для расширения диапазона регулирования скорости используются различные сигналы обратной связи (напряжение на якоре, тахогенераторы и т.д.). Однако эксплуатация двигателей постоянного тока влечет за собой ряд значительных неудобств, связанных с конструктивными особенностями машин данного типа, а именно:

1. Сложность конструкции и, как результат, высокая цена
2. Наличие щеточно-коллекторного узла
3. Большая масса
4. Необходимость в периодическом обслуживании

Все эти недостатки требуют существенных затрат при покупке машин постоянного тока и их дальнейшей эксплуатации, а так же они могут значительно снизить надежность и точность систем в целом. Необходимо планировать дополнительные планово-предупредительные работы и останавливать производство для обслуживания щеточно-коллекторных узлов и проводить периодическую продувку машин от пыли.

До недавнего времени внедрение асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутыми роторами в системы, где требуется широкий диапазон регулирования скорости, не представлялось возможным, а для изменения скорости движения приводимых механизмов использовались переключаемые редукторы или вариаторы. Дальнейшим развитием таких систем стало появление асинхронных двигателей с переключением числа полюсов (двух и трех скоростные двигатели), что позволяло ступенчато изменять скорость вращения.

С развитием полупроводниковой электроники (разработка IGBT транзисторов), появилась возможность производства недорогих микропроцессорных преобразователей частоты, с помощью которых стало возможным полноценно управлять скоростью асинхронных двигателей в широком диапазоне регулирования (1:1000). Теперь частота вращения АД не зависит от частоты питающей сети, двигатели можно разгонять выше их номинальной скорости. Так же появилась возможность управления моментом асинхронных двигателей. Системы управления движением с использованием асинхронных двигателей и преобразователей частоты, получаются дешевле и проще подобных систем с двигателями постоянного тока. В качестве датчиков обратной связи широко используются цифровые устройства (энкодеры), которые менее подвержены влиянию электромагнитных помех, чем тахогенераторы, классически используемые с машинами постоянного тока.

Асинхронный двигатель – простая, недорогая, не требующая обслуживания машина. Именно эти аргументы привели к тому, что на многих предприятиях машины постоянного тока с тиристорными преобразователями стали заменять на асинхронные двигатели с системами управления, построенными на преобразователях частоты.

При подборе асинхронного двигателя взамен машины постоянного тока необходимо учитывать разность характеристик этих машин. Подбор двигателя осуществляется по следующим параметрам:

1. По номинальной скорости вращения

Диапазон изменения частоты вращения вала асинхронного двигателя должен быть равен или больше чем у двигателя постоянного тока.

2. По моменту (номинальному, пусковому, максимальному)

Номинальный момент асинхронного двигателя должен быть равен или быть больше исходного при условии длительной работы в заданном диапазоне частот вращения без перегрева. Максимальный и пусковой моменты должны быть равны или быть больше пускового момента определенного для данного механизма.

На рисунке 1 и 2 представлены механические характеристики асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока соответственно. Как видно, на малых скоростях асинхронный двигатель имеет момент значительно меньше номинального в отличие от двигателя постоянного тока. Поэтому при замене двигателя постоянного тока необходимо однозначно определить диапазон скорости вращения вала и требуемый момент в этом диапазоне. Как правило, для удовлетворения механических характеристик приводного механизма, приходится ставить асинхронный двигатель большей мощности.

Рис.1 Механическая характеристика асинхронного двигателя

Рис.2 Механическая характеристика двигателя постоянного тока

3. По режиму работы

Нагрев электрической машины зависит от режима ее работы, т.е. от соотношения длительности периодов работы и пауз между ними, или периодов работы с полной или частичной нагрузкой, от частоты включения машины и характера протекания переходных процессов.

Подразделяют следующие режимы работы:

Продолжительный режим (S1) — режим при котором время работы машины при практически неизменных нагрузке и температуре окружающей среды достаточно для нагрева всех ее частей до практически установившейся температуры. Режим характеризуется неизменными потерями в течение всего времени работы машины.

Кратковременный режим (S2) — режим при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины, причем за время работы температура частей машины не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз машина охлаждается до холодного состояния.

Повторно-кратковременный режим (S3-S8) — отличается от кратковременного регламентированными продолжительностью включения под неизменную нагрузку и продолжительностью периодов отключения, причем время работы машины всегда меньше времени, необходимого для нагрева ее частей до установившейся температуры, а время пауз меньше необходимого для остывания машины до практически холодного состояния. Отличие между режимами S3-S8 заключается частотой пусков и продолжительностью включения машины.

4. По условиям эксплуатации

Согласно ГОСТ 17498-87 асинхронный двигатель должен иметь соответствующую степень защиты IPXX, где первый символ X означает степень защиты оболочкой, от проникновения инородных твердых тел, второй символ X означает степень защиты оболочкой от вредных воздействий проникающей воды. Например, IP54 — “Машина не полностью защищена от проникновения внутрь оболочки пыли (однако, пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении”.

Источник