teoria la lucrare an

Coala

Mod Coala Nr. Document Semnat. Data

Введение:

Электрические машины постоянного тока используются как в качестве генераторов, так и в

качестве двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, области

применения и диапазон мощности которых достаточно широки: от долей ватт (для привода

устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов,

шахтных подъемников и других механизмов). Двигатели постоянного тока широко исполь-

зуются для привода подъемных средств в качестве крановых двигателей и привода

транспортных средств в качестве тяговых двигателей. Основные преимущества двигателей

постоянного тока по сравнению с бесcколлекторными двигателями переменного тока —

хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения

более 3000 об/мин, а недостатки относительно высокая стоимость, некоторая сложность в

изготовлении и пониженная надёжность.

Все эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточного

моторного узла, который к тому же является источником радиопомех и пожароопасности.

Эти недостатки ограничивают применение машин постоянного тока.

2

Coala


Раздел I. Электрический привод и устройство машин постоянного тока.

1.1 Устройство коллекторной машины постоянного тока

В настоящее время электромашиностроительные заводы изготовляют электрические

машины постоянного тока, предназначенные для работы в самых различных отраслях

промышленности, поэтому отдельные узлы этих машин могут иметь разную конструкцию, но

общая конструктивная схема машин одинакова. Неподвижная часть машины постоянного

тока называется статором, вращающаяся часть — якорем.

Статор. Состоит из станины и главных полюсов. Станина служит для крепления полюсов и

подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через и ее замыкается

магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали материала, обладающего

достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней

части станины имеются лапы для крепления машины к фундаментальной плите, а по

окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов.

Обычно станину делают цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали, за

исключением машин с весьма большим наружным диаметром, у которых станину делают

разъемной, что облегчает транспортировку и монтаж машины. Главные полюсы

предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс

состоит из сердечника и полюсной катушки. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник

полюса имеет полюсный наконечник, который обеспечивает необходимое распределение

магнитной индукции в зазоре машины. Сердечники главных полюсов делают шихтованными

из листовой конструкционной стали толщиной 1 - 2 мм или из тонколистовой

электротехнической анизотропной холоднокатаной стали, например марки 3411.

Штампованные пластины главных полюсов специально не изолируют, так как тонкая пленка

окисла на их поверхности достаточна для значительного ослабления вихревых токов,

наведенных в полюсных наконечниках пульсациями магнитного потока, вызванного

зубчатостью сердечника якоря. Анизотропная сталь обладает повышенной магнитной

проницаемостью вдоль проката, что должно учитываться при штамповке пластин и их

сборке в пакет. Пониженная магнитная проницаемость поперек проката способствует

ослаблению реакции якоря и уменьшению потока рассеяния главных и добавочных

полюсов.

В машинах постоянного тока небольшой мощности полюсные катушки делают

бескаркасными — намоткой медного обмоточного провода непосредственно на сердечник

полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку. В большинстве машин

3

Coala


(мощностью 1 кВт и более) полюсную катушку делают каркасной: обмоточный провод

наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса. В

некоторых конструкциях машин полюсную катушку для более интенсивного охлаждения

разделяют по высоте на части, между которыми оставляют вентиляционные каналы.

Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора .

Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из

штампованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Листы покрывают

изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывают на

вал якоря. Такая конструкция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем

вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в

магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые

укладывают обмотку якоря. Обмотку выполняют медным проводом круглого или

прямоугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно

закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых машинах пазы не

закрывают клиньями, а накладывают на поверхность якоря бандаж. Бандаж делают из

проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Лобовые части обмотки якоря

крепят к обмоткодержателем бандажом. Коллектор является одним из сложных узлов

машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины

трапецеидального сечения из твердотянутой меди, собраны таким образом, что коллектор

приобретает цилиндрическую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторных

пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на

пластмассе. Нижняя часть коллекторных пластин имеет форму «ласточкина хвоста». После

сборки коллектора эти части пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами,

изолированными от медных пластин миканитовыми манжетами. Конусные шайбы стянуты

винтами. Между медными пластинами расположены миканитовые изоляционные

прокладки. В «процессе работы машины рабочая поверхность коллектора постепенно

истирается щетками. Чтобы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей

поверхностью коллектора, что вызвало бы вибрацию щеток и нарушение работы машины,

между коллекторными пластинами фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм.

Верхняя часть 5 коллекторных пластин, называемая петушком, имеет узкий продольный паз,

в который закладывают проводники обмотки якоря и тщательно припаивают.

В машинах постоянного тока малой мощности часто применяют коллекторы на

пластмассе, отличающиеся простотой в изготовлении. Набор медных и миканитовых пластин

4

Coala


в таком коллекторе удерживается пластмассой, запрессованной в пространство между

набором пластин и стальной втулкой и образующей корпус коллектора. Иногда с целью

увеличения прочности коллектора эту пластмассу армируют стальными кольцами. В этом

случае миканитовые прокладки должны иметь размеры большие, чем у медных пластин, что

исключит замыкание пластин стальными (армирующими) кольцами (стальная втулка).

Электрический контакт с коллектором осуществляется посредством щеток, располагаемых в

щеткодержателях. Щеткодержатель состоит из обоймы , в которую помещают щетку, курка,

представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины на щетку.

Щеткодержатель крепят на пальце зажимом. Щетка снабжается гибким тросиком для

включения ее в электрическую цепь машины. Все щеткодержатели одной полярности

соединены между собой сборными шинами, подключенными к выводам машины. Одно из

основных условий бесперебойной работы машины — плотный и надежный контакт между

щеткой и коллектором. Давление на щетку должно быть отрегулировано, так как

чрезмерный нажим может вызвать преждевременный износ щетки и перегрев коллектора, а

недостаточный нажим — искрение на коллекторе.

5

Coala


1.2 Способы возбуждения машин постоянного тока

Для работы электрической машины необходимо наличие магнитного поля. В

большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой

постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются

способом включения обмотки возбуждения, т. е. способом возбуждения.

По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать

следующим образом: машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения

(ОВ) питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой

якоря; машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка

якоря соединены параллельно;

машины последовательного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря

соединены последовательно;

машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения —

параллельная ОВ1 и последовательная ОВ2;

машины с возбуждением постоянными магнитами.

Все указанные машины (кроме последних) относятся к машинам с электромагнитным

возбуждением, так как магнитное поле в них создается электрическим током, проходящим в

обмотке возбуждения.

Начала и концы обмоток машин постоянного тока согласно

ГОСТу обозначаются: обмотка якоря Я1 и Я2 обмотка добавочных полюсов — Д1 и Д2,

компенсационная обмотка - К1 и К2 обмотка возбуждения независимая — M1 и М2, обмотка

возбуждения параллельная (шунтовая) — Ш1 и Ш2, обмотка возбуждения.

Последовательная (сериесная) - С1 и С2.

6

Coala


1.3 ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛОГО ТОКАРНО-

КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА

Некоторые особенности главного привода тяжелых карусельных станков были отмечены.

При выборе мощности и способа регулирования угловой скорости

главного двигателя следует учитывать, что в таких станках мощность, потребляемая

механизмом планшайбы, не остается постоянной на всем диапазоне, как это имеет место в

токарных станках, и поэтому нет необходимости регулировать угловую скорость двигателя

только ослаблением магнитного потока. Двигатель главного привода покрывает мощность,

затрачиваемую на резание и на преодоление потерь трения в направляющих планшайбы и

передачах коробки скоростей. На рис. 7-7, а показаны графики изменения мощности

резания Pz мощности потерь

ϫРст и суммарной мощности на валу двигателя Рдв при изменении частоты вращении

планшайбы на трёх механических ступенях коробки скоростей. Учитывая, что привод может

работать и в продолжительном режиме с максимальной мощностью, номинальная

мощность двигателя Рном должна быть выбрана по наибольшему значению суммарной

мощности, равной Рдв,max кВт. Угловая скорость двигателя будет регулироваться ослаблением

магнитного потока в диапазоне 300—1200 об/мин на каждой механической ступени. Из гра-

фиков видно, что двигатель не полностью загружен, особенно на ступенях.

Загрузка главного двигателя может быть повышена, если заменить трехступенчатое

механическое регулирование двухступенчатым с применением двухзонного электрического

регулирования на каждой ступени изменением напряжения и ослаблением потока

двигателя. Показан график допустимой мощности двигателя Рдв,доп при двухступенчатом

механическом регулировании: на ступени общий диапазон электрического регулирования

Dэл= 16:1, причем Du=8:1 и Dф=2:1;

на механической ступени для обеспечения необходимой мощности резания регулирование

напряжением производится в диапазоне 4/3:1, а ослаблением потока — 3: 1, Таким

образом, общий диапазон электрического регулирования частоты вращения двигателя иа

ступени составляет 4:1. Такой способ регулирования приводят и упрощению кинематической

цепи главного привода, к более полной его загрузке и к снижению габаритных размеров

двигателя, так как уменьшается диапазон регулирования ослаблением потока и двигатель

может быть выбран на более высокую номинальную частоту вращения.

В тяжелых карусельных станках, используемых в настоящее время различными

промышленными предприятиями, для главного привода и приводов подач применяются

7

Coala


двигатели постоянного тока, управляемые по системе Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя —

для главных приводов, и по системе ЭМУ—Д — для приводов подачи. Более

перспективной является система ТП—Д, которая внедряется на выпускаемых нашей

промышленностью стайках взамен системы Г—Д. Разработана серия электроприводов

постоянного тока с двухзонным регулированием к тиристорными преобразователями для

питания якоря и обмотки возбуждении двигателей тяжелых карусельных станков.

В качестве примера рассмотрим электропривод станка модели 1565, предназначенного

для обработки деталей диаметром да 5000 мм. Планшайба станка получает вращение от

двигателя постоянного тока (Рном=70 кВт, Uном=440 В, nном= 500об/мин nmax=1500об/мин) через

клиноременную передачу, двухступенчатую коробку скоростей с ручным переключением

шестерен и коническую передачу.

Регулирование частоты вращения планшайбы производится в пределах от 0,4 до 20,7

об/мин. Угловая скорость двигателя может регулироваться изменением напряжения на

якоре в диапазоне Du= 5,7 и током возбуждения в диапазоне Dф=3, Привод подачи суппортов

— от главного двигателя через коробку подач — обеспечивает 12 подач в пределах от 0,2 до

16 мм/об.

Представлена упрощенная электрическая схема главного привода карусельного станка

по системе ТП—Д с двухзонным регулированием скорости. Якорь двигателя Д питается от

нереверсивного тиристорного преобразователя ТП1, собранного по трехфазной мостовой

схеме и подключенного к питающей сети через токоограничивающие реакторы ТОР.

Реакторы выполнены без стали и имеют постоянную индуктивность, которая выбирается

такой, чтобы ограничить ток к.з. до 7-8Iном Обмотка возбуждения двигателя ОВД питается от

маломощного реверсивного тиристорного преобразователя ТП2, подключаемого к сети ≈380

В через трансформатор Тр2. Управление ТП2 осуществляется по зависимому принципу

сигналом, пропорциональным напряжению на якоре двигателя, подаваемым датчиком

напряжения ДН через резистор R2 и стабилитрон СтЗ

При угловой скорости двигателя ниже номинальной напряжение обратной связи на

выходе ДН оказывается меньше напряжения пробоя стабилитрона Cт3 и сигнал управления

не проходит на ТП2, При этом напряжение на его выходе обеспечивает номинальный ток

возбуждения двигателя Д. Начальное (номинальное) значение тока возбуждения Iв задайся

регулятором РТВ. Задание угловой скорости двигателя в обеих зонах осуществляется

регулятором PСГ выполненным на базе ползункового потенциометра ПП3. Рукоятка

регулятора имеет лимб со шкалой, по которой устанавливается угловая скорость двигателя.

8

Coala


Питание PCГ осуществляется стабилизированным напряжением, получаемым от

выпрямителя Вn1. При установке ползунка РСГ в положение, соответствующее

максимальной угловой скорости двигателя ὼmax, пуск привода до ὼном происходит при но-

минальном потоке. При напряжении на якоре, близком Uя,ном, под действием сигнала на

выходе ДН стабилитрон СтЗ пробивается и при дальнейшем повышении напряжения Uя

выходное напряжение преобразователя ТП2 снижается, происходит уменьшение тока

возбуждения Iв, а угловая скорость двигателя со ὼ устанавливается на заданном уровне .

Важным преимуществом зависимого способа управления является наличие одного

общего задатчика угловой, скорости двигателя при ее регулировании во всем диапазоне. Это

имеет особое значение при изменениях задающего сигнала, управляющего угловой

скоростью двигателя, в зависимости от каких-либо внешних параметров (например, от

диаметра обрабатываемой детали) и в случае программного управления станком.

Тиристорный электропривод станка представляет собой замкнутую систему, автоматической

стабилизации скорости с отрицательной обратной связью по , реализуемой посредством

тахогенератора ТГ и воздействующей на преобразователь ТТЛ. Для повышения жесткости

механических характеристик двигателя в системе электропривода применен

промежуточный транзисторный усилитель постоянного тока УПТ, на вход которого подается

сигнал управления Uy=U3—U0,c, а на выходной каскад — сигнал отрицательной обратной

связи по току с отсечкой, обеспечивающей ограничение тока якоря двигателя в

установившихся и переходных режимах до 1я,mах=: (2-2,5)Iя,nоm. Сигнал формируется блоком

токовой отсечки (БТО), который включает в себя датчик тока ДТ, состоящий из

трансформаторов Тр4—Тр6, выпрямителя Вп2, нагрузочного резистора R1, стабилитрона Ст2

и усилителя на транзисторе ПТ. Первичные обмотки Тр4—Тр6 подключены к обмоткам ТОР,

падение напряжения на которых пропорционально току в них и соответственно току якоря

двигателя (для трехфазной мостовой схемы выпрямления I2Ф=0,817Id). При токах двигателя

Iя>Ioтс сигнал на выходе ДТ (резистор R1) превышает порог стабилизации Ст2, и сигнал

обратной связи проходит на УТТ и ТП1, устанавливая такое значение напряжения на якоре

двигателяUя, которое обеcпечивает ограничение тока Iя на нужном уровне. Питание УПТ и

транзистора ПТ в БТО осуществляется от блока питания БП, который используется также для

питания цепей управления ТП1 и ТП2.

Схема управления главным электроприводом карусельного станка выполнена на

релейно-контактной аппаратуре, питание которой осуществляется от трехфазного

9

Coala


выпрямителя ВпЗ, подсоединенного к сети через трансформатор ТрЗ. Пуск и нормальная

работа двигателя возможны, если:

1) произошло полное зацепление шестерен в коробке скоростей (замкнуты контакты

конечных выключателей ВК1 и ВК2);

2) нормально работает система смазки отдельных элементов станка (замкнуты контакты

манометра ЭКМ а реле давления масла РД (включено реле контроля смазки РКС);

3) зажата поперечина и отключен электропривод подъема поперечины (замкнуты контакты

ВКЗ и ВК4);

4) имеется напряжение на электроприводах подач и вспомогательных механизмов (сработал

контактор К1);

5) сработала блокировка, запрещающая работу главного привода станка при исчезновении

напряжения питания электромагнитных муфт правого суппорта (реле Р10—Р12, питаются

вместе с муфтами от одного источника напряжения.

вращается вправо. Реле РЗ своими контактами 20-21 и 22-23 подключает якорь Перед

пуском двигателя нажатием кнопки Кн2 включается контактор K1 который подключает схему

управления главного привода, схемы двигателей подач и других механизмов. Затем

нажатием кнопки Кн4 включается контактор К2, который подключает тиристорные пре-

образователи ТП1 и ТП2 к напряжению сети. Для пуска двигателя Д необходимо нажать одну

из кнопок Кнб (Планшайба вправо) или Кн7 (Планшайба влево) в зависимости от выбранного

направления вращения планшайбы. Например, при нажатии Кнб включается реле Р5, которое

своими контактами 34-35 и 26-38 включает реле Р1, РЗ и контактом 42-58 подготавливает

цель реле Р8. Реле Р1 подает сигнал управления в ТП2, обеспечивающий требуемую

полярность возбуждения двигателя, при которой планшайба тахогенератора ТГ, обеспечивая

требуемую полярность напряжения обратной связи по скорости, соответствующую

вращению планшайбы вправо. После установления номинального тока в ОВД и выключения

реле РНТ (контакт 61-62) включается реле Р8, которое контактами 1-2 и 7-8 подключает

регулятор скорости РСГ к источнику - задающего напряжения. Одновременно при включении

реле Р1 и РНТ (контакты 132-79 и 79-80) включается реле Р12, которое контактом 10-11

подает напряжение управления Uу, равное разности напряжений задающего U3 и обратной

связи по скорости U0,с= kcὼ, на вход УПТ по цепочкам: 1—2—3—4—23—22—21—20—16 и 8—7

—10—11. Преобразователь ТП1 открывается, и начинается разгон двигателя до скорости,

определяемой установкой РСГ, с ограничением тока якоря двигателя до Iотс∼2Iном за счет

действия токовой отсечки.

10

Coala


В карусельных станках, особенно в тяжелых, при большой массе заготовки для

сокращения времени остановки планшайбы необходимо иметь интенсивное электрическое

торможение привода. В однокомплектной схеме ТП1 питающего якорь, торможение

двигателя можно получить, если о помощью реверсивного ТП2,. питающего ОВД, изменить

направление ЭДС якоря Ея на обратное по отношению к зажимам ТП1. При этом одновре-

менно следует изменить полярность напряжения Ud путем увеличения угла управления

тиристорами а>90° преобразователя ТП1. В двигательном режиме Ея действует встречно Ud в

режиме генераторного торможения Ud,и действует встречно. Ея (см. направление стрелок в

цепи якоря Д на рис.7-8, а).

Остановка двигателя производится нажатием кнопки Кн5 (Планшайба стоп) . При этом

отключаются реле Р5 и Р8, отключая контактами 1-2 и 7-8 регулятор скорости РСГ от

источника задающего напряжения. За счет ЭДС тахогенератора меняется полярность

напряжения управления, включается поляризованное реле РП1 и контактом 132-78 включает

реле Р11, которое контактами 10-20 и 7-16 восстанавливает прежнюю полярность сигнала

управления на входе УПТ, контактом 26-34 отключает реле P1, а контактом 26-36 включает

Р2, что вызывает изменение полярности сигнала на входе ТП2 и, следовательно, тока в

обмотке возбуждения - двигателя ОВД. Происходит эффективное торможение двигателя,

который переводится в генераторный режим, а преобразователь ТП1 работает инвертором,

преобразуя постоянное напряжение, вырабатываемое двигателем Д, в переменное

напряжение. Поток мощности, изменив направление, переходит от якоря двигателя через

преобразователь ТП1 и реакторы ТОР в сеть переменного напряжения.

В конце торможения, когда угловая скорость двигателя будет близка к нулю,

отключаются реле РП1, Р11, Р2, РНТ и схема приходит в исходное состояние. Остановить

двигательтакже можно нажатием кнопок Кн1 (Сеть отключить), КнЗ (Преобразователь

отключить) или одной из кнопок Аварийный стоп, расположенных на стационарном пульте

управления Кн9 на подвесном пульте Kn10 и на пультах управления суппортами: левого

Kun11 правого Кn12 и бокового Кн13. Кнопки Аварийный стоп отключают реле аварийного

стопа РАС, которое контактом 42-70 отключает реле времени остановки РВО и контактом 27-

28 контактор K1, отключающий реле Р5 и Р8. Происходит торможение двигателя, в конце

которого реле РВО контактом 32-33 отключает контактор К2, который отключает от сети

тиристорные преобразователи ТП1 и ТП2.

В схеме предусмотрено наладочное включение двигателя планшайбы, для чего

переключатель ПУ ставится в положение Наладка и включается реле Р7, которое открывает

11

Coala


контакт 52-53 и обеспечивает толчковое включение двигателя при нажатии кнопки Кн6

(Планшайба вправо) или Kн7 (Планшайба влево) в зависимости от требуемого направления

вращения планшайбы, а контактом 4-23 отключает регулятор скорости РСГ. При этом

задающее напряжение снимается с резистора R9 через контакт 3-23 реле РГ, и происходит

пуск двигателя до угловой скорости 10 рад/с. При отпускании кнопки Кн6 (Кн7) двигатель

останавливается.

В схеме имеется световая сигнализация, осуществляющая контроль наличия напряжения на

тиристорных преобразователях (лампа ЛС1), наличия смазки коробки скоростей и основания

планшайбы (ЛC2), полного зацепления шестерен в коробке скоростей (ЛС3). Предусмотрена

также звуковая сигнализация (ЗС), включаемая при недостаточном поступлении масла в

магистраль смазки во время работы главного привода.

12

Documents

teoria la lucrare an