metod_15.03.04_atppp_toap.ump_2016 (Методические документы), страница 2

(рис.1.в).Параметры частот вращения n(М, Фв), моменты М, мощность P и другие,могут определяться, по уравнениям (1), (2), (3), …. , (10):n =Uя/Сe – Iя•Rя/СeКо = Uя/Сe – М •Rя/Сe •См •Ко = nхх –∆n;(1)n1= n/iр - частота вращения на выходном валу редуктора ;(2)М = См • Iя =Км • Фв • Iя - момент на валу ДПТ;(3)М1 = М• iр - момент на выходном валу редуктора;(4)P = М• n - мощность на валу ДПТ;(5)P1 = P • ηр - мощность на выходном валу редуктора;(6)P0 = P/ • ηр • ηпн - мощность на входе преобразователя;(7)ηпн – к.п.д.

преобразователей напряжения ПНЯ, ПНВ;(8)ηр – к.п.д. редукторов в нагрузке ДПТ;(9)где Iя – ток в якорной обмотке (А);Rя – активное сопротивление якорной цепи (ом);Ко – коэффициент общего усиления в замкнутой системе регулирования n;nхх – частота вращения холостого хода, с изменением ∆n при нагрузке;Сe = Ке•Iв – коэффициент, учитывающий конструктивные параметры Ке ДПТи зависимость магнитного потока Фв от тока в обмотке возбуждения Iв (А);См=Км•Iв – коэффициент, учитывающий конструктивные и обмоточныепараметры Км ДПТ и зависимость момента М(Нм) от тока в обмоткевозбуждения Iв (А).Входная мощность P1 подаваемая на ДПТ, например главного движения,относительно выходной на валу редуктора Р определяется с учетом к.п.д.двигателя ДПД и редуктораP1 = Uя• Iя + Uв • Iв = Р/ηд • ηр ,(10)6где ηд – к.п.д.

электродвигателя (ηд ≤ 0,92) и к.п.д. редуктора (ηр ≤ 0,83).Для высоко моментных ДПТ, при регулировании до nн в большом диапазоне(D ≥ 10000), необходимо ограничение прерывистых токов в коллекторной цепиUя, и снижение уровня сетевого напряжения Ucя до 110 ~ 70В, например, свведением дополнительного трансформатора.3.1.2 Электропривода переменного токаВ последние 2002-2012 г.г., производство ДПТ значительно снизилось.

Ихстали вытеснять асинхронные электродвигатели (АСД) с короткозамкнутымротором, и синхронные двигатели (СД), с ротором на постоянных магнитах.В том числе в системах автоматизации различного оборудования нашлиширокое применение и шаговые электродвигатели (ШЭД), как с использованиеммногозубцовых стальных роторов, так и на основе постоянных высококоэрцитивных магнитов, установленных на роторе.Последнее, не только позволило значительно увеличить высокий моментвращения, но и сохранять достаточный момент фиксации ротора приотключении питания ШЭД.Таким образом, двигатели переменного тока, как АСД, так и СД оказалисьнаиболее предпочтительнее для применения в производстве, как наиболеедешевые, надежные, и экономичные в эксплуатации [3,4,6].Широкое применение получили АСД с частотным регулированием, сиспользованием мощных транзисторных инверторов и высокопроизводительныхпрограммируемых логических контроллеров (ПЛК), непосредственновстраиваемых в системную шину, например в УЧПУ типа Sienumerik 840D [6],для электро шпинделей скоростного фрезерования Pн = 5~30 кВт., nн=8000~36000 об/мин.Рисунок 2–Естественные механические характеристики электрическихдвигателей: а) ДПТ, б) АСД, в) СДДля вентильного электропривода приводов подач, применялись ЭПБ-1, атакже типа MR, с синхронными двигателями ДВУ.Естественные механические характеристики электрических двигателей:а) двигателя постоянного тока с независимым возбуждением;7б) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;в) синхронного двигателя (график 1), механическая характеристикаасинхронного пуска синхронного двигателя (график 2).Параметры расчетов n, моментной нагрузки М, в ЭП с двигателямипеременного тока, также определяются по уравнениям (2), (4), (5), …, (9).Входная номинальная мощность, например, для АСД (см.

табл. 1)Р1н =√3•Ucн •Iфн/ηдн(11)Характеристики моментной нагрузки и скорости, указанные на рисунке 2:МНОМ – номинальный момент двигателя; МП – пусковой момент двигателя;ММАХ –наибольший рабочий момент асинхронного двигателя; МВХ – моментвтягивания в синхронизм синхронного двигателя; МКР – наибольшийдопустимый момент нагрузки синхронного двигателя (момент выхода изсинхронизма); nхх – скорость холостого хода двигателя; nном – номинальнаяскорость двигателя, являются техническими и даются в каталогах (см. табл.1).При выборе привода с электродвигателями, как ДПТ, так и переменноготока, необходимо учитывать их естественные механические характеристики(Рис.2). В замкнутых системах ЭП с автоматизированным регулированиемчастоты вращения n, зависимости n(М) изменяются, а нагрузочныехарактеристики имеют значительную жесткость δ = ∆n/n ≤ 0,01%, что ирасширяет общий диапазон D ≥ 10000 регулирования n.В КП с асинхронными и синхронными двигателями используютсяпреобразователи измерительные (ПИ), фотооптические датчики импульсного иенкодерного типа (с абсолютным измерением перемещений), датчики Холла,лазерные, магнито индуктивные, др.3.2 Преобразователи частоты и компоненты управления приводов КЕВРегулирование частоты вращения nр в АСД производится также, как и в ДПТв двух зонах:а) в зоне I при постоянном моменте двигателя М ≤ Мн (частоты вращения отминимальных nmin, до номинального значения nн в диапазоне D=nн/nmin ≥ 10~50,за счет пропорционального изменения частоты fсp и напряжения Uср,относительно сетевых величин Uс, fс на статорных обмотках 1- фазных или 3 - хфазных электродвигателей по закону Uср/Uс = fср / fс;б) в зоне II при постоянной мощности P1 ≤ P1н (частоты вращения от nн до nmax вдиапазоне D≥2~5) за счет изменения напряжения Uср и частоты fсp [6,7]по закону Uср /√fсp = const.Дальнейшее развитие новых технологий в приводной и электронной техникепозволило использовать принципы векторного регулирования частоты вращенияnр в АСД, что позволило, не только значительно увеличить диапазонрегулирования D≥10000, но и перейти к использованию АСД в режимахследящего электропривода (рис.

3).При частотно - фазовом (угловом) управлении векторами потокосцеплениястатора 1с (iа*, ib*, ic*) и потокосцепления ротора 2р, контролируется егопространственные координаты с использованием магнитоуправляемых диодов8(датчиков Холла), закрепленных в статоре, и точного ПИ углового положения,установленного на роторе АСД (см. табл.4).Для управления фазными токами (ia, ib, ic), и потокосцеплением 2p,используются датчики тока (ДТф) в каждой фазной обмотке и датчик скорости(ДС) установленном на роторе двигателя М.Рисунок 3 – Структурная схема векторного управления частоты вращения иуглового положения АСД: СУ - система управления инвертором; ВВ вычислитель вектора управления; ДС - датчик скорости; М - двигатель; В выпрямитель; И – инвертор.В комплектных цифровых вентильных приводах (ЦВП), выполняютсяусловия унификации регулирующих преобразователей, относительно, например,применения всех типов двигателей: ДПТ, АСД, СД (см.

табл.1,…,табл.10).Это достигается за счет элементов программируемого управления, ввода ивстроенного контроля основных параметров регулирования угловогоперемещения, скоростных и динамических режимов, а также средств защиты отперегрузки силовых транзисторов инверторных мостов, в том числе, с полнойоптоэлектронной развязкой от внешних цепей управления и контроля.В структурной схеме ЦВП (рис.4) задача программирования и вводапараметров для управления типом двигателя и оптимизации, например в ручнойнастройке, решается через пульт БО (PU/PA), или более гибко, спрограммированием через интерфейсы RS232С, RS485C, шины CAN/BUS и т.п.Параметры для установки необходимых режимов управления, режимовконтроля и оптимизации охватывают достаточно широкий диапазонхарактеристик ЦВП, двигателей, датчиков и регулирующих контуров, например,для ЦВЭП типа КЕВ- F5, MR-J2-S, др.

аналогичных.Все режимы регулирования параметров в ЦВП могут такжепрограммироваться через внешний интерфейс связи, непосредственно в УЧПУ.3.2.1 COMBIVERT F5- BЭто новая серия компактных, функциональных и экономичныхпреобразователей частоты пятого поколения для управления 3-фазнымиасинхронными двигателями в открытом контуре (без ПИ) [6].9Основные функции (см. табл.6): Диапазон мощностей - от 0,37 кВт до 15 кВт Питание — 1 или 3 фазы 230 В или 3 фазы 400 В Режим безсенсорного (без ПИ) Режим векторного управления Один аналоговый вход 0-10 В, ±10 В, 0/4-20 мА (11 бит) 5 ~ 8 дискретных входов и 8 программируемых наборов параметроввключающих: S-кривую, стоп по рампе, защита от выключение сети, торможение постоянным током, технологический ПИД - регулятор Выходная частота до 400 Гц (1600 Гц) Частота модуляции (ШИМ) до 16 кГц Интерфейсы RS232, Profibus, Interbus, CAN, Sercos, DeviceNet, KEB-HSP 5/DIN 66019-11Рекомендуемые области применения F5-B: агрегатное, намоточное идругое оборудование, с диапазоном регулирования скорости не выше 50,системы управления электрошпинделями.3.2.2 COMBIVERT F5-M/F5-SПреобразователи частоты для управления 3-фазными асинхроннымидвигателями, как в открытом контуре, так и в следящем режиме с ПИ, напримертипа ЛИР158А, ЛИР 276 (см.табл.4, табл.