Двигатели постоянного тока для станков с ЧПУ

Электрический привод с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного тока является в настоящее время основным типом привода станков с ЧПУ. В силу целого ряда эксплуатационных преимуществ он практи­чески вытеснил гидравлический регулируемый и следящий привод, а также электрогидравлический привод с шаговыми двигателями. Основные характеристики указанного электропривода определяются главным образом типом применяемого двигателями постоянного тока.


Основным преимуществом двигателей постоянного тока, определяющим их широкое применение в станочных регулируемых и следящих приводах, является высокая линейность механических характеристик, что позволяет плавно регулировать частоту враще­ния вала двигателя в очень широких пределах (диапазон регулирования частоты вращения современных двигателями постоянного тока составляет 10 000 и более). К недостаткам двигателями постоянного тока, по сравнению с асинхронными электродвигателями переменного тока, относят большие габариты, меньший к. п. д., необходимость в щетках и коллекторе для подвода тока в обмотку якоря. Последнее существенно снижает их перегрузоч­ную способность из-за ряда ограничений, связанных с процессами коммутации и опасностью образования кругового огня на коллекторе. Несмотря на эти недо­статки, двигателями постоянного тока продолжают совершенствовать в направлении повышения быстро­действия и увеличения перегрузочной способности, повышения к. п. д., равномерности вращения на низких скоростях и т. д.


Потребности совершенствования технических характеристик регулируемых и следящих электроприводов станков с ЧПУ привели к разработке специальных двигателями постоянного тока. Общими особенностями двигателей для следящих приводов являются воз­можность длительной работы на малых скоростях при полном моменте, что требует, специальных мер для их охлаждения, а также возможность многократной пере­грузки по току в течение небольшого времени, что связано с необходимостью достижения высокого быстродействия привода. В частности, специально для ста­ночных следящих приводов были разработаны электродвигатели серии ПБСТ (серия П безобдувная станочная со встроенным тахогенератором), особенностью которых является наличие встроенного тахогенератора с большим числом (96) коллекторных пластин и коллектора якоря также с увеличенным числом пластин. Эти меры значительно повышают равномерность вращения вала двига­теля на низких скоростях. Необходимый тепловой режим на этих скоростях обес­печивается за счет снижения электромагнитных нагрузок, т. е. за счет недоисполь­зования по току и напряжению, что приводит к увеличению габаритов таких дви­гателей по сравнению с нормальными двигателями общепромышленной серии П, но вместе с тем увеличивается и тепловая постоянная времени двигателя. Дви­гатели этой серии допускают перегрузку на 40% в часовом режиме, четырех­кратную перегрузку по току в течение 1 мин и десятикратную - в течение 1 с.


Были разработаны также специальные малоинерционные двигатели с глад­ким якорем серии ПГ (ПГТ - со встроенным тахогенератором). Уменьшение момента инерции, а следовательно, и постоянных времени (в 5 - 6 раз меньше, чем у обычных) достигается за счет уменьшения диаметра и увеличения длины якоря. Якорь такого двигателя имеет беспазовую конструкцию. Проводники об­мотки якоря из меди прямоугольного сечения наклеиваются на гладкую наруж­ную поверхность якоря (шихтованного из тонких стальных кружков), укрепля­ются стеклотканью и заливаются эпоксидной смолой. Такая конструкция обмотки обеспечивает малую индуктивность якорной цепи, что позволяет обеспечить хо­рошую коммутацию тока при больших нагрузках двигателя (допускается проте­кание 10 - кратных против номинального значений тока в переходных режимах). Беспазовая конструкция позволяет также, при определенном распределении об­мотки на поверхности якоря, исключить пульсации момента, обычно имеющиеся при входе пазов в полюсную зону и выходе из нее. Увеличению перегрузочной способности таких двигателей способствуем хорошее охлаждение обмотки якоря, расположенной на его поверхности, обеспечиваемое за счет принудительной вен­тиляции (от отдельного вентилятора с приводом от асинхронного двигателя, ук­репляемого на корпусе двигателя серии ПГТ). Двигатели с гладким якорем обес­печивают отработку максимальных ускорений порядка (2 ÷ 6)*104 рад/с2. Однако из-за сложности изготовления, высокой стоимости и малой надежности эти дви­гатели не нашли широкого применения в станкостроении, кроме того, из-за уве­личенной длины они плохо встраиваются в станки.


Более удобными для приводов подач станков с ЧПУ оказались высокомоментные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Относитель­но низкие значения номинальной частоты этих двигателей (500 - 1000 об/мин) и возможность длительной работы на малых оборотах с большими моментами позволяют обходиться без редукторов и связывать такой двигатель непосредст­венно с ходовым винтом рабочего органа. При этом значительно упрощается ки­нематика станка, увеличивается надежность и точность работы. Такие двигатели в настоящее время стали основными для приводов подач станков с ЧПУ.