Электропривод постоянного тока с тиристорными преобразователями

Для главного движения станков с ЧПУ все более широкое распространение получает регулируемый электропривод с двигателями постоянного тока и тиристорным управлением. Применение тиристорных статических преобразователей в электроприводах постоянного тока позволяет достигнуть повышенной управляемости и быстродействия электропривода, а также улучшить его энергетические показатели, уменьшить габариты и массу, повысить надежность в работе и уменьшить стоимость.

КПД электропривода постоянного тока с тиристорным преобразователем на 5—7 % выше КПД системы генератор—двигатель (Г—Д), а также выше КПД привода с дроссельными (магнитными) усилителями на 2 %. Преимуществом этого электропривода является возможность изменять частоту вращения бесступенчато в автоматическом режиме, а также управлять характеристиками пусковых и тормозных процессов, подбирая оптимальные режимы. (Диапазон регулирования может достигать 1000; высокая стабильность по частоте вращения (до 0,2 %)). Тиристорные статические преобразователи потребляют очень малую мощность управления, их коэффициент усиления превышает 100 000. Схемы электроприводов могут быть реверсивными и нереверсивными, могут работать на малых и больших мощностях, иметь малую продолжительность переходных процессов (время переходного процесса определяется инерционностью самого электродвигателя).

Однако тиристорным преобразователям, используемым в электроприводах, свойственна большая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам. Этот недостаток необходимо учитывать в электроприводах большой мощности, длительно работающих на малой скорости. Поэтому для полного использования мощности и сохранения габаритов привода при работе на минимальной частоте вращения шпинделя в требуемом диапазоне необходима редукция (для станков с ЧПУ 3—10, для тяжелых станков до 100). Требуемый диапазон регулирования получают, соединяя регулируемый электродвигатель постоянного тока с упрощенной коробкой передач (скоростей).

Для электроприводов станков с программным управлением используется комплектное электрооборудование, включающее в себя: устройства ЧПУ, устройства программируемой логики, электроприводы механизмов главного движения и подачи, аппаратуру управления и др. Комплектным электроприводом называют электромеханическую систему управления технологическим параметром (скоростью резания, подачей, мощностью или моментом резания), на вход которой подается задающий сигнал (скорость, положение, направление), а результатом является перемещение соответствующего узла исполнительного механизма. Комплектные электроприводы в большей степени отвечают требованиям станкостроителей, так как позволяют сокращать сроки производства и отладки станков.

Электроприводы постоянного тока классифицируют следующим образом:

• по способу регулирования частоты вращения электродвигателя— однозонный (регулирование изменением напряжения якоря до номинальной частоты вращения); двузонный (регулирование изменением напряжения якоря — I зона; регулирование ослаблением магнитного потока от n_НОМ до n_МАХ — II зона);
• по числу рабочих квадрантов привода — двухквадрантный (нереверсивный); четырехквадрантный (реверсивный);
• по исполнению силовой схемы якорного преобразователя — однофазная схема; трехфазная несимметричная (мостовая, нулевая); трехфазная симметричная (мостовая, нулевая); трехфазная полууправляемая мостовая схема; шестифазная схема;
• по структуре привода — регулируемый привод (с обратной связью по частоте вращения); следящий привод (сервопривод, с обратной связью по положению); система подчиненного регулирования, имеющая регулятор частоты вращения и регулятор тока.

Особенностью современных разработок электроприводов является широкое применение микроэлектронной элементной базы, которая позволяет не только сократить габариты и массу тиристорных преобразователей, но и резко повысить надежность при одновременном усложнении схем, обеспечивая новые качественные показатели электроприводов. Существенно меняется и конструктивное исполнение приводов: используются печатный монтаж, многослойные печатные платы, технология производства электронно-вычислительных машин (ЭВМ).