Электроприводы станков —
Электроприводы с асинхронными двигателями. Большая группа станков самого различного назначения базируется на асинхронном электроприводе без электрического регулирования частоты вращения или с электрическим при использовании двух-, трехскоростных асинхронных двигателей, в том числе в сочетании с коробками скоростей. Схемы автоматизации таких электроприводов, как правило, просты и содержат контакторно-логическую часть, которая выполняет функции последовательности включения, защиты и другие функции.
В качестве примера рассмотрим схему автоматизации токарно-винторезного станка (рис. 11.4). Главное движение (вращение шпинделя) и движение подачи (перемещение резца) осуществляется с помощью асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Ml.
Частота вращения шпинделя ступенчато изменяется вариатором и коробкой скоростей. При нарезании резьбы суппорт и резец двигаются при помощи ходового винта с приводом от электродвигателя Ml. Система охлаждения состоит из бачка с центробежным насосом с приводом от асинхронного двигателя М2. Местное освещение осуществляется от электролампы накаливания EL. на напряжение 36 В. Напряжение на рабочие цепи подается выключателем S.
При нажатии на кнопку SB2 подается питание на катушку пускателя КМ1 через нормально замкнутые контакты SB1.1, SB3.2, и электродвигатель Ml будет вращаться «вправо». При нажатии на кнопку SB1 контактом SB1.1 разрывается цепь питания пускателя КМ1, а контактом SB 1.2 включается пускатель КМ2, выполняющий своими контактами индукционно-динамическое торможение двигателя за счет подачи контактом КМ2.2 пульсирующего (постоянного) тока в обмотку двигателя.
При нажатии кнопки SB3 включается вращение двигателя Ml «влево» с помощью пускателя КМЗ.
Контакты КМ 1.1 и КМ3.1 пускателей КМ1 и КМЗ подготавливают к включению катушку пускателя КМ4, и при нажатии кнопки SB4 можно включить двигатель охлаждения М2.
Схема автоматизации двухшпиндельного сверлильного станка приведена на рис. 11.5. Станок имеет два асинхронных короткозамкнутых двигателя Ml и М2 привода головок. Подача на станке гидравлическая. Масляные насосы гидроподачи приводятся в движение от двигателей соответствующих головок. Управление клапанами гидропривода осуществляется электромагнитами.
Схема управления предусматривает режимы работы двух или любого из двух двигателей в отдельности. Режим работы устанавливается с помощью переключателей SA1. SA2, SA3. Для работы двух головок переключатели SA1. SA2, ставят в верхнее положение и нажимают кнопку SB1 — «Пуск». При этом в цепи фазы С (SA1—SB1—SB2- SA2получают питание катушки контакторов КМ1 и КМ2. Главные контакторы К Ml и К М2 включают двигатели в работу, а вспомогательный контакт КМ2.1 шунтирует кнопку SB1. После этого нажимают кнопку SB3 одновременной подачи «Вперед», что вызывает срабатывание контактора КМЗ и через контакты КМ3.1 и путевые выключатели SQ1, SQ2 получают питание электромагниты подачи YA1 и У/12. которые открывают клапаны гидроподачи. Шпиндели головок начнут перемещаться к изделию с увеличенной по сравнению с рабочей скоростью. При соприкосновении сверл с изделием происходит нажатие на головки, которые механически соединены с клапанами регулирующими подачу масла в гидросистему, поэтому скорость подачи снизится до рабочей.
После окончания сверления и ослабления нажатия на головки специальные кулачки откроют клапаны ускоренного обратного хода и головки вернутся в исходное положение. Если необходимо вернуть в исходное положение головку до окончания сверления, нажимают кнопку SB4, которая своим контактом включит контактор КМ4. а последний своими контактами КМ4.1, КМ4.2 включит электромагниты клапанов обратного хода.
При раздельном управлении головками переключатель SA1 и переключатели нужного двигателя SA2, ставят в нижнее положение. В результате получат питание катушки соответствующего контактора КМ1 или К М2 и тот или иной двигатель будет подключен к сети. Гидроприводами подачи управляют при помощи кнопок SB5 и SB6.
Электроприводы с двигателями переменного и постоянного тока.
Определенная группа станков, например фрезерные, могут иметь одновременно электроприводы переменного и постоянного тока, что диктуется условиями технологии. На схеме управления вертикальнофрезерным станком (рис. 11.6) привод шпинделя станка осуществляется от короткозамкнутого асинхронного двигателя Ml, а привод подачи — от двигателя постоянного тока М2. Двигатели для систем смазочной и охлаждения на схеме не приведены.
Асинхронный двигатель Ml реверсируют вручную с помощью переключателя 5/4. При нажатии кнопки SB2 («Пуск») получает питание катушка магнитного пускателя КМ1, и двигатель Ml подключается к сети силовыми контакторами КМ1. Вспомогательный контакт КМ 1.1 шунтирует контакты SB2.1, одновременно включает катушку промежуточного реле KLI, а контакты КМ1.2 обесточивают катушку тормозного контактора КМ2.
При нажатии кнопки SB1 цепь управления обесточивается, схема возвращается в исходное состояние и пока замкнуты контакт SB1 получает питание катушка тормоза КМ2 через контакты SB1.2 и происходит динамическое торможение двигателя Ml подключением пульсирующего тока к фазам Cl, В1 через контакты КМ2.2, КМ2.3.
Обмотка якоря М2 получает выпрямленный ток от устройства, выполненного на магнитных усилителях (МУ): LR1 — силовая обмотка, LR2 — задающая обмотка, LR3 — обмотка смещения.
Частота вращения двигателя М2 плавно регулируется с помощью потенциометра R1. В цепи обмотки возбуждения LM2 установлен резистор R2, который шунтируется контактом реле напряжения KV1.1. Если ток в обмотке LM2 снизится менее допустимого, то контакт KL3.I разомкнется и отключит двигатель М2. Катушка реле KL3 осуществляет защиту «обрыва поля». Контакт KL3.1 шунтирует кнопку SB2.2.
Для быстрого перемещения суппорта кнопкой SB5 подается питание на промежуточное реле KL2 последнее включает прямую задающую обмотку МУ LR2 и замыкает контакты в цепи катушки KV— KL2.3. Реле KV сработает, разомкнет контакты KV1.1 и введет добавочное сопротивление R2 в цепь обмотки возбуждения LR2. Таким образом, замыкание контактов SB5 приводит к увеличению тока в задающей обмотке МУ LR2, увеличивает насыщение и напряжение на выводах МУ, а введение R2 приводит к уменьшению потока двигателя М2, что в совокупности позволяет осуществить плавное электрическое регулирование в пределах 20 : 1.
Электропривод постоянного тока. Электропривод постоянного тока рассмотрим на примере электропривода серии ЭТ6, предназначенного для регулирования и стабилизации частоты вращения двигателя постоянного тока в диапазоне 10 000: 1.
Электропривод (рис. 11.7, а) представляет собой электромеханическое устройство, состоящее из электродвигателя М, регуляторов скорости PC и тока РТ, датчиков скорости ДС и тока ДТ, тиристорного преобразователя ТП, а также узлов зависимости токоограничения (/то = / (п), ограничения минимального угла управления U0TP —
Электропривод работает следующим образом. При наличии рассогласования kU1 = U3 — Uдс на входе PC на его выходе формируется сигнал, пропорциональный этому рассогласованию, который, сравниваясь с текущим значением тока якоря /я, поступает на вход РТ. Регулятор РТ усиливает эту разность и подает управляющее напряжение на схему формирования управляющих импульсов (СИФУ), функция которой заключается в формировании и распределении импульсов управления силовыми тиристорами. По мере уменьшения рассогласования под действием отрицательной обратной связи по частоте вращения происходит стабилизация вращения двигателя до уровня, соответствующего Ua.
Тиристорный преобразователь является управляемым двухиоляр- ным шестиимпульсным выпрямителем (рис. 11.7,6). Регуляторы PC и РТ с их корректирующими цепями обеспечивают необходимые показатели электропривода в статике и динамике. Регулятор скорости представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока с цепями обратной связи, собранный на микросхемах. В схеме предусмотрена термостабильность благодаря компенсации теплового дрейфа усилителей. Для подстройки блока имеются цепи подстроек с резисторами.
Регулятор тока выполнен на операционном усилителе и представляет собой пропорционально-интегральный регулятор. Блок содержит элементы коррекции токового контура, которые подбираются при наладке.
Датчик тока предназначен для передачи на вход регулятора тока сигнала обратной связи пропорционально току якоря электродвигателя. Датчик тока выполнен на основе магнитодиодов. В контур регулятора тока якоря входит схема ограничения производной, которая осуществляет ограничение большого значения производной напряжения на входе РТ для исключения динамического уравнительного тока. Схема ограничения производной собрана на операционном усилителе с дифференцирующей цепочкой.
Схема ограничения минимального угла управления предназначена для исключения превышения напряжения на входе РТ амплитудой опорного напряжения в динамических режимах и при изменении напряжения питающей сети.
Схема ограничения тока якоря обеспечивает в зависимости от настройки ограничение тока якоря на заданном уровне и зависимое ограничение тока в функции частоты вращения. Принцип работы токоограничителя основан на ограничении входного напряжения регулятора скорости, которое пропорционально току якоря.
Схема защиты выполняет функции защиты электропривода от неправильного чередования фаз питающей сети, обрыва любой из фаз, исчезновения стабилизированного питания любой полярности и перегрева электродвигателя.
Источник питания собран по схеме двухканального стабилизатора, обеспечивает питание всех цепей управления постоянным стабилизированным напряжением.
Электропривод постоянного тока с реверсированием поля. Примером такого электропривода является серия ЭТРП. Его функциональная схема (рис. 11.8) несколько отличается от функциональной схемы электропривода ЭТ6 наличием тиристорного преобразователя питания якоря ТПЯ, тиристорного преобразователя питания обмотки возбуждения ТПВ и тиристорного реверса БР обмотки возбуждения. БФИ1, БФИ2 — блоки формирования импульсов в каналах управления якорем и возбуждения; БУР — блок управления реверсом; РЭ — релейный элемент.
Электропривод с тиристорным широтно-импульсным преобразователем. В качестве примера рассмотрим электропривод серии ЭШИР-1 (рис. 11.9, а).
Электропривод питается через силовой трансформатор от трехфазной сети переменного тока через трехфазный мостовой выпрямитель VD1—VD6 с емкостным фильтром на выходе (рис. 11.9, б).
Электродвигатель М подключается к источнику постоянного напряжения силовыми ключами Ql—Q4. Порядок и продолжительность включения определяют направление и частоту вращения двигателя, скважность импульсов — среднее напряжение на двигателе.
Сигнал рассогласования между заданной и фактической частотами вращения усиливается регулятором скорости PC и подается на вход регулятора тока РТ. Далее сигнал поступает на ШИМ1 и ШИМ2, где происходит сравнение этого сигнала с пилообразным напряжением генератора пилообразного напряжения ГПН. На вход РТ подаются сигналы с датчика тока UA1 с выхода устройства токоограничения UАО и датчика статического тока IIА2. Сигнал, поступающий с UA1 на вход РТ, обеспечивает отрицательную обратную связь по току двигателя. При превышении этим током заданного значения /отс срабатывает устройство токоограничения UAO, в результате резко возрастает коэффициент обратной связи по току и ограничивается дальнейший рост тока.
Датчик статического тока UA2 выдает сигнал, пропорциональный моменту нагрузки и компенсирующий влияние этого момента. На его вход помимо сигнала с UA1 подается сигнал, пропорциональный производной частоте вращения, полученный дифференцированием сигнала с тахогенератора ВР.
С выхода ШИМ биполярный сигнал поступает через узлы задержки 1—4, и на выходе сигналы оказываются раздвинутыми на постоянный интервал А, что позволяет уменьшить сквозной ток. Для гальванической развязки схемы управления и силовых ключей служат узлы гальванической развязки ER. 
Силовые ключи включаются через импульсные усилители AV.
Помимо собственного силового ключа, в каждом блоке силовых ключей установлены два диода VD8—VD9 и два вспомогательных диода VD10—VD11, связанных с установкой индуктивности LI—L2 между ключами вертикали. Индуктивности нужны для ограничения сквозных токов при противофазном управлении ключами.
Привод имеет защиту от перенапряжения, выполненную на диоде VD12 разрядного ключа Q5.