Файл: Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками.pdf

мость а3(1геы). Так как деление в этом случае осуществляется на постоянную величину, то нет надобности в блоке деления.

Коэффициент а3 получается в виде произведения Т/задг —— ,т. е.

которая при этом приводится к зависимости а3(йеш). Эту же задачу можно решить без лерекоммутации исходной модели.

выполнить расчет с учетом нелинейных характеристик с мини­ мальной затратой времени. По описанному выше принципу строят схемы всех современных тиристорных электроприводов.

2. Типовые тиристорные электроприводы

В течение последних лет непрерывно расширяется внедрение в металлорежущие станки регулируемых электроприводов по­ стоянного тока с тиристорными преобразователями. Они дол­ жны полностью заменить в станках электроприводы с электромашинными и магнитными усилителями мощностью более 1,5 кВт. Тиристорные преобразователи, предназначенные для питания цепей якоря и возбуждения регулируемых привоюв, разработаны рядом электротехнических институтов (ЧЭТНИИ, СибНИЭТИ, ВНИИЭлектроаппарат) и организаций станкоин­ струментальной промышленности (ЭНИМС, ОКБС, УкрНИИСИП).

Тиристорные преобразователи серий ПТО, ПТТ, ПТТР и комплектные тиристорные электроприводы серий ПТЗ, ПТЗР, ЭТШ, ЭТШР можно применять с двигателями постоянного тока мощностью от 0,18 до 250 кВт для главных приводов и приводов подач карусельных, токарных, фрезерных, строгальных, шлифо­ вальных и других станков; они обеспечивают изменение ско­ рости в диапазоне 1 : (2004-2000).

Для некоторых гамм станков шлифовальной группы регу­ лирование режимов резания должно осуществляться изменением скорости высокоскоростных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Разработка асинхронных электро­ приводов с тиристорными преобразователями частоты прово­ дится в МЭИ, ЛИТМО, ЭНИМС, ВНИИЭМ и других организа­ циях. Выпускаемые в настоящее время тиристорные преобразо­

6 151

до 100 кВт. Ниже рассмотрены некоторые типовые исполнения серийных комплектных регулируемых тиристорных электропри­ водов, на базе которых могут быть построены системы автома­ тического управления режимами резания.

Привод серии ПТЗ (привод тиристорный трехфазный) вы­ полнен по системе тиристорный преобразователь—двигатель (ТП—Д) и представляет собой комплектный нереверсивный

Рис. 71. Принципиальная схема тиристорного привода ПТЗ

электропривод постоянного тока. В комплект привода входят силовой трансформатор, управляемый тиристорный преобразова­ тель, электродвигатель и задатчик скорости.

Преобразователь (рис. 71) состоит из шести лавинных тири­ сторов и импульсной системы фазового вертикального управ­ ления, собранной в блоках БУ1 и БУ2. В систему управления преобразователем входят промежуточный транзисторный усили­ тель УПТ, охваченный стабилизирующим интегродифферендирующим контуром; блок пилообразных напряжений £/7/7; блок токоограничения БТО\ блок питания БП. В приводах приме­ няют двигатели серии ПБСТ, разработанной . ВНИИЭМ для станкостроения. Закрытое необдуваемое исполнение двигателей этой серии обеспечивает одинаковые условия охлаждения неза­ висимо от скорости вращения, что позволяет полностью исполь­

152

зовать двигатель по нагреву на низких скоростях. Двигатели имеют меньшие моменты инерции, меньшие сопротивления и индуктивности якорных цепей по сравнению с двигателями тех же габаритов и мощностей серии П. Встроенное исполнение тахогеператора ТГ значительно повышает надежность работы привода. Привод имеет замкнутую систему автоматического управления с отрицательной обратной связью (ОС) по скорости и току. Управление скоростью двигателя осуществляется изме­ нением подводимого к его якорю напряжения. Торможение ди­ намическое.

Приводы ПТЗ обеспечивают в диапазоне регулирования до 200 поддержание скорости с точностью 5% при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения и при колебаниях напряжения сети до ±10%- Принцип управления приводом [37] заключается в том, что задающее напряжение алгебраически суммируется с напряжением ОС и подается на вход промежуточного усилителя УПТ. Сигнал с выхода усили­ теля поступает на вход системы управления (БУ1, БУ2), где, складываясь с сигналом блока пилообразных напряжений (БПН), фиксирует угол отпирания тиристора и, следовательно, величину среднего значения выпрямленного напряжения, под­ водимого к двигателю. Привод при коротких замыканиях и пе­ регрузках отключается автоматическим выключателем с ком­ бинированным расцепителем.

Управление тиристорами осуществляется от двух блоков управления (БУ1 и БУ2), каждый из которых содержит гри идентичные системы управления углом отпирания тиристоров катодной или анодной группы. Каждая система управления (рис. 72, а) состоит из трех узлов: фазосдвигающего устройства

Для повышения коэффициента усиления с целью уменьшения разброса по фазе блоков управления тиристорами между фазо­ сдвигающим устройством и генератором импульсов включен усилитель на транзисторе ПТ2 по схеме с общим эмиттером. Фазосдвигающее устройство работает по вертикальному прин­ ципу. На входе транзистора ПТ1 суммируются: напряжение пилообразной формы, поступающее с блока БПН, и постоянное управляющее напряжение. Транзисторы ПТ1 и ПТ2 работают в ключевом режиме. Коллекторное напряжение прямоугольной формы транзистора ПТ2 дифференцируется емкостью С1, отри­ цательный импульс запускает ждущий блокинг-генератор, а положительный импульс срезается диодом Д4. Для предотвра­ щения срабатывания блокинг-генератора от коротких ложных импульсов в цепи база—коллектор транзистора ПТЗ, установлен конденсатор С2, снижающий чувствительность блокинг-генсра-

153

тора к коротким сигналам. Управляющий импульс снимается с обмотки wз трансформатора Тр и через диод Д8 подается на управляющий электрод тиристора 77 (см. рис. 71). Разрядная цепь R3—Д5 служит для снижения перенапряжений, возникаю­ щих при резком изменении тока в обмотке Wi.

В трехфазной мостовой схеме одновременно работают два тиристора: один — в анодной, другой — в катодной группе, для

Рис. 72. Блоки управления приводом:

<i блок управления тиристором; б — блок пилообразных напряжений: в — блок усили­ теля; г — блок токоограничения

чего необходимо подать два отпирающих импульса, сдвинутых относительно друг друга на 60 электрических градусов. Система получения двух импульсов представляет собой логическую схему сложения на двух диодах Д6 и Д7. Через диод Д6 на базу выходного транзистора ПТЗ подается импульс с формирователя фазы данного блока управления, а через диод Д7 — импульс с другого блока управления, отстающий от первого на 60 элек­ трических градусов.

Блок пилообразных напряжений (рис. 72, б) выполнен на трех одинаковых трансформаторах 1Тр, 2Тр, 37р, каждый из которых имеет одну первичную и шесть вторичных обмоток. Пилообразное напряжение получается в результате сложения трех вторичных напряжений трансформаторов, что достигается соответствующим, включением их обмоток.

154

Промежуточный усилитель (рис. 72, в) выполнен по ба­ лансной схеме на кремниевых транзисторах МП 106 и П304 и состоит из трех каскадов. Первый и второй каскады (транзисто-. ры ПТ5, ПТ7, ПТ6 и ПТ8) выполнены по схеме с общим эмиттером, обеспечивающей наибольшее усиление по мощности. Выходной каскад (транзисторы ПТ9, Г1Т11, ПТ10, ПТ12) также выполнен по схеме с общим эмиттером на составных транзи­ сторах. Стабилитроны СТ1 и СТ2, включенные на входе усили­ теля, предназначены для защиты транзисторов первого каскада от перенапряжений, которые могут возникнуть при пуске, тор­ можении и резком изменении нагрузки привода. На второй вход усилителя (база транзисторов ПТ9 и ПТ 11) сигнал по­ ступает только при превышении током двигателя уставки тока блока токоограничения. Сигнал токоограничения имеет такую полярность и величину, при которой напряжение на выходе промежуточного усилителя соответствует запиранию тиристороз.

.Для обеспечения устойчивости привода и удовлетворительного протекания переходных процессов усилитель охвачен интегродифференцирующим звеном.

Блок токоограничения БТО (рис. 72, г) предназначен для защиты тиристорного преобразователя от перегрузок. Он со­ стоит из трех трансформаторов тока, включенных в силовую цепь. Вторичные обмотки трансформаторов нагружены сопро­ тивлениями R1—R3. Напряжение, пропорциональное току си­ ловой цепи, выпрямляется диодами Д1—Д6, а его пульсация сглаживается конденсатором С4. Часть выпрямленного напря­ жения снимается с потенциометра R5 и с сопротивления R4 и подается на вход второго каскада промежуточного усилителя. 'Ограничение силы тока осуществляется стабилитроном СТЗ, величина силы тока регулируется потенциометром R5. Напря­ жение на блоки управления, промежуточный усилитель и задат­

•скорости стабилизируется кремниевым стабилитроном. Напря­ жения на выходе блока питания равны: 24, 36, 230 В.

Релейно-контакторная аппаратура служит для подачи команд на пуск, остановку и ускоренный ход электропривода. При нажатии на кнопку КП (см. рис. 71) получает питание реле К и замыкает свой контакт в цепи пускового реле П. Теряет питание контактор Т, отключая сопротивление динамического торможения 7?т от якоря двигателя. Одновременно через кон­ такты П подается питание на блоки управления и задатчик скорости. При резком уменьшении задающего напряжения раз­ ность (U3—Uо.с) становится отрицательной, срабатывает поля­ ризованное реле РП, установленное в цепи задатчика скорости. Контакты РП замыкают цепь питания реле торможения РТ и 'последнее включает тормозной контактор Т. Контакты Т под­

155

ключают сопротивление динамического торможения RT к якорю двигателя,- одновременно разрывая цепь питания пускового реле П.

Для ускоренного хода двигателя необходимо нажать на толчковую кнопку КУ. При этом получает питание реле У, его контакты, шунтирующие сопротивления 2R и 3R, размыкаются, уменьшается сила тока в цепях обмоток возбуждения двигателя

Рис. 73. Принципиальная схема реверсивного тиристорного привода ПТЗР

и тахогенератора, что приводит к увеличению частоты враще­ ния двигателя. При нажатии на кнопку КС теряет питание реле К, замыкая цепь питания тормозного контактора Т и раз­ рывая цепь питания пускового реле П. Блоки управления и за­ датчик скорости отключаются от блока питания, а якорь замы­ кается на сопротивление динамического торможения ДтПри­ воды серии ПТЗ обеспечивают диапазон изменения скорости 1: 200, их выпускают на мошности 1,15—11,3 кВт.

Изменение скорости электродвигателя в диапазоне 1:2000 обеспечивается комплектным регулируемым приводом ПТЗР [37]. Приводы этой серии выпускают в реверсивном исполнении (рис. 73) и для упрощения тиристорного преобразователя и уменьшения числа тиристоров построены на базе двухкомплект­ ной трехфазной схемы выпрямления с нулевой точкой. Блокиуправления тирсторами привода ПТЗР унифицированы с соот­

156

ветствующими блоками нереверсивного привода ПТЗ. При уменьшении задающего напряжения под действием отрицатель­ ной обратной связи по скорости изменяется полярность напря­ жения на входе усилителя, и двигатель автоматически переходит в режим рекуперативного торможения.

Система токоограничения выполнена в виде нелинейной от­ рицательной обратной связи по противо-э. д. с. двигателя (сопро­ тивления R3—R6, диоды Д13—Д16). Напряжение на выходе усилителя УПТ пропорционально среднему значению выпрям­ ленного напряжения на двигателе

и у = ktUeP.

Как только разность между сигналом на выходе усилителя УПТ и сигналом обратной связи U0,c = k2E^ возрастет до на­ пряжения пробоя диодов, напряжение на выходе усилителя начнет ограничиваться до величины, при которой среднее зна­ чение выпрямленного напряжения на двигателе будет соответ­ ствовать при данной скорости требуемой уставке тока.

серии ЭТШ, ЭХШР, ЭТШД с широтно-импульсными преобразо­ вателями предназначены для механизмов подач автоматизиро­ ванных, прецизионных станков. По принципу работы тиристор­ ные широтно-импульсные электроприводы разделены на три

образователя, электродвигатель с тахогенератором, регулятор скорости, силовой трансформатор. Приводы выпускают в нор­ мальном исполнении на напряжение питающей сети 380/220 В частотой 50 Гц; они снабжены устройством ограничения пере­ грузки по току до 2—3-кратной от номинального значения и автоматическим выключателем, рассчитанным на с и л у тока r 4—7 раз превышающую номинальную.

Электроприводы с широтно-импульсными преобразователями

представляют собой замкнутую систему регулирования с отоицательной обратной связью по скорости и состоят из:

а) широтно-импульсного модулятора (ШИМ), который пре­ образует постоянный по знаку сигнал в импульсы, частота сле­

который представляет собой тиристорный ключ, коммутирующий напряжение на якоре двигателя с частотой, задаваемой ШИМ; в) быстродействующего реле токоограничения для токовой

защиты полупроводниковых элементов ШИП;

157