Все в мире является энергией

РАЗДЕЛ 23

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ШИРОКОРЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ, ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ И СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ

23.1. Двигатели постоянного тока для промышленных роботов и гибких производственных систем

23.1.1. Общие технические требования

Двигателями такого класса комплектуются тиристорные и транзисторные электроприводы металлообрабатываемых ст анков, а также приводы «мускулов» современных роботов и манипуляторов, обеспечивающих перемещение инструмента (деталей) по строго определенной траектории в реальном масштабе времени с их позиционированием в любом положении с заданной точностью позиционирования. Такие двигатели широко используются также в машиностроении для точного и динамичного управления различного рода клапанами и вентилями пневматических и гидравлических систем.

В зависимости от способа преобразования напряжения переменного тока электроприводы подач подразделяются на тиристорные с силовым преобразователем, выпол-

ненным на основе управляемых выпрямителей, и на транзисторные (транзисторно-тиристорные) на основе реверсивных преобразователей.

Возбуждение двигателей подач осуществляется от высокоэнергетических постоянных магнитов. Неотъемлемыми элементами конструкции таких двигателей являются встроенный датчик частоты вращения, электромагнитный тормоз, датчик температурной защиты и датчик пути.

Общие технические требования, которым должны удовлетворять современные двигатели электроприводов подач промышленных роботов и гибких производственных систем, регламентируются ГОСТ 26061-85.

Двигатели подач классифицируются по роду тока на двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов и двигатели переменного тока: синхронные с возбуждением от постоянных магнитов и асинхронные с короткозамкнутым ротором.

По способу выполнения силового преоб-

разователя приводы делятся на тиристор-ные на основе реверсивных управляемых выпрямителей, ведомых сетью, и на транзисторные (транзисторно-тиристорные) на основе реверсивных преобразователей с широтно-импульсным или релейным регулированием с промежуточным звеном постоянного тока.

По виду главной обратной связи различают системы с обратной связью по частоте вращения (регулируемые по скорости электроприводы) и системы с обратной связью по положению (автономный следящий электропривод) с заданием положения кодом или последовательностью импульсов. При этом в случае необходимости реализации обратной связи по положению двигатель должен иметь встроенный или пристроенный датчик угла поворота вала.

В состав электроприводов с обратной связью по частоте вращения должны входить: электродвигатели с набором необходимых для функционирования электропривода датчиков и устройств, встроенных или пристроенных к двигателю; силовые преобразователи или блоки регулирования, управляющие двигателями; блок питания с необходимыми принадлежностями, осуществляющий преобразование переменного напряжения питающей сети в постоянное (для электроприводов с промежуточным звеном постоянного тока), блок питания может быть объединен с блоком регулирования в одно устройство — силовой преобразователь; автоматический выключатель или другое защитное устройство, служащее для отключения электропривода от питающей сети в аварийных режимах.

В состав электропривода с обратной связью по положению (автономного следящего электропривода) должны входить: электропривод с обратной связью по частоте вращения; датчик положения (угла поворота), встроенный или пристроенный к двигателю; блок связи, обеспечивающий преобразование кода задания положения от управляющей вычислительной машины и сигналов от датчика положения в сигнал для управления электроприводом с обратной связью по частоте вращения.

Допускается исполнение автономного следящего электропривода без тахогенерато-ра с выделением информации о частоте вращения датчика обратной связи по положению.

Номинальные вращающие моменты ■Whom в режиме S1 по ГОСТ 183-74 при частоте вращения п = 0 двигателей для промышленных роботов и гибких производ-

ственных систем должны соответствовать ряду 0,035; 0,047; 0,07; 0,1; 0,13; 0,17; 0,23; 0,35; 0,47; 0,7; 1,0; 1,3; 1,7; 2,3; 3,5; 4,7; 7,0; 10; 13; 17; 23; 35; 47 Н-м.

В диапазоне частот вращения от п_тт до 0,25 п_тах двигатели подач должны обеспечивать без ограничения времени вращающий момент, равный М_ном.

В тиристорных электроприводах (класс 1) двигатели подач при частоте вращения ^птах должны обеспечивать в режиме S1 момент вращения не менее 0,8А/_НОМ; в транзисторных электроприводах (класс 2) двигатели подач должны обеспечивать при частоте вращения 0,6п_тах длительный момент не менее 0,8А/ном ^{и П}Р^{И п}тах ~ ^не менее 0,5М_нои в течение 1 мин.

В зависимости от назначения двигатели должны допускать максимальные частоты вращения при следующих моментах:

Длительные моменты Максимальная частота вращения М_до, Н м вращения п_мтс, об/мин

класс 1 класс 2

0,035-0,23 .... 4000 6000

0,35-2,3..... 2000 3000

3,5-7,0...... 1500 2500

10-47...... 1000 2000

Согласно ГОСТ 26061-85 для двигателей подач определяются:

диаграммы длительно допустимых моментов в режиме S1 в зависимости от скорости;

диаграммы, содержащие зависимость допустимого времени работы от отношения М/М_тм в режимах S2 по ГОСТ 183-74 при частоте вращения, равной 0,25и_шах;

диаграммы зависимости момента от частоты вращения в режиме S3 по ГОСТ 183-74 при ПВ = 25 % и времени рабочего цикла 30 мин в диапазоне частоты вращения до 0,25и_тах, при ПВ = 40% и времени рабочего цикла 10 мин в диапазоне частот вращения от 0 до 0,25п_тах;

диаграммы максимальных моментов в переходных режимах в зависимости от частоты вращения в течение не менее 0,2 с.

Степень защиты двигателей со встроенными датчиками с естественной вентиляцией по ГОСТ 14254-80 должна быть IP44. Электродвигатели малой мощности допускается выполнять без выводной коробки. В этом случае степень защиты электродвигателей определяется без учета степени защиты свободных концов соединительных кабелей.

Форма исполнения двигателей — IM3001, IM3011, IM3031 или IM3081 по ГОСТ 2479-79.

Уровень вибрации двигателей должен соответствовать классу вибрации 0,7 или 1,8 по ГОСТ 16921-83. Уровень вибрации оценивается при п = d,5n_max.

Допустимые пределы уровня шума двигателей должны соответствовать классу 1 или 2 по ГОСТ 16372-84: они оцениваются при п = 0,5и_тдх.

Допуски на концентричность центрирующей заточки, на перпендикулярность опорного фланца по отношению к валу и на биение свободного конца вала должны быть не ниже класса «Повышенная точность» по ГОСТ 8592-79.

23.1.2. Двигатели постоянного тока серии ДП

Двигатели серии ДП предназначены для использования в электроприводах манипуляторов промышленных роботов в соответствии с требованиями ГОСТ 16264.0-85 и имеют два исполнения: IM3089 с пристроенным выключателем ПДФ-8 и IM3081 с тахо-генератором постоянного тока.

Технические данные двигателей приведены в табл. 23.1, габаритные и установочно-присоединительные размеры — в табл. 23.2.

Двигатели ДП допускают работу в продолжительном режиме S1 по ГОСТ 183-74 (время непрерывной работы 16 ч с последующим охлаждением до температуры окружающей среды), в кратковременном режиме S2 с длительностью цикла 10 мин, а также в повторно-кратковременном режиме S3 с ПВ = 40 %. При кратковременном и повторно-кратковременном режимах среднеквадратичный ток двигателя не должен превышать номинального значения.

Таблица 23.1. Технические данные двигателей серии ДП

Таблица 23.2. Габаритные и установочно-

присоединительные размеры, мм,

двигателей ДП

Двигатели механически устойчивы к воздействию вибрационных нагрузок в диапазоне частот 1—50 Гц с максимальным ускорением 9,8 м/с².

23.1.3. Двигатели постоянного тока типа ДР

Двигатели ДР1 и ДР4 с возбуждением от постоянных магнитов, с дисковым якорем и со встроенным тахогенератором предназначены, для следящих электроприводов промышленных роботов и манипуляторов.

Основные технические данные двигателей, соответствующие продолжительному режиму работы S1, приведены в табл. 23.3.

Питание двигателей осуществляется от источников постоянного тока с пульсацией напряжения не более 8%.

Таблица 23.3. Технические данные двигателей типа ДР

Допускается работа в повторно-кратковременном режиме с числом включений в час до 900 для двигателя типа ДР1 и до 300 для двигателя типа ДР4, при этом среднеквадратичный ток двигателя не должен превышать его номинального значения.

В переходных режимах работы двигатели ДР допускают момент вращения на его валу до 5М_НОМ в течение 20 мс.

Исполнение двигателей по степени защиты - IP44 (по ГОСТ 14254-80), по способу охлаждения - IC0040 (по ГОСТ 20459-75).

Рис. 23.1. Габаритные и установочно-при-

соединительные размеры двигателей типов

ДР1 и ДР4

Исполнение по способу монтажа двигателей ДР1-1М3681, двигателей ДР4-IM3081 по ГОСТ 2479-79.

Группа условий эксплуатации — М8 по ГОСТ 17516-72.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей ДР1 и ДР4 приведены на рис. 23.1.

Двигатели имеют встроенный тахогене-ратор, технические данные которого приведены ниже:

Частота вращения, об/мин:

номинальная....... 1000

максимальная...... 5000

Напряжение, В........ 10

Пульсация напряжения при частоте вращения 3000 об/мин, %, не

более.......... 2

Ток, мА.......... 6

Максимальный ток, мА..... 40

23.1.4. Двигатель постоянного тока типа ПЯ-250Ф

Двигатель типа ПЯ-25ОФ с дисковым якорем предназначен для электроприводов систем автоматического регулирования, следящих систем и лентопротяжных механизмов вычислительных машин.

Технические данные двигателя ПЯ-250Ф

Номинальный вращающий момент,

Н • м...........0,8

Номинальная мощность, Вт ... 250 Номинальное напряжение, В . . . 36 + 4 Номинальная частота вращения,

об/мин..........3000

Номинальный ток якоря, А, не

более.......... 10

Электротехническая постоянная

времени, мс, не более .... 15

КПД, %.......... 70

Кратность пускового момента, не

менее.......... 4

Масса, кг.......... 7

Питание двигателя осуществляется от сети постоянного тока или от источника пульсирующего тока с уровнем пульсаций напряжения не более 5 %. Допускается работа с большими пульсациями напряжения сети при снижении вращающего момента, при этом среднеквадратичный ток двигателя не должен превышать 0,9/_ном.

Номинальный режим работы — S1. Допускается работа в режимах S2 — S7, а также

Таблица 23.4. Технические данные двигателей ДПУ

Рис. 23.2. Габаритные и установочно-при-

соединительные размеры двигателей типа

ПЯ-250Ф

в режимах частых пусков и реверсов со среднеквадратичным током не более 0,9/_ном.

Регулирование частоты вращения в пределах 4000—20 об/мин осуществляется изменением напряжения якоря. Разность частот вращения при изменении направления вращения на холостом ходу и под номинальной нагрузкой — не более 5 %.

Напряжение трогания — не более 1 В.

Двигатель выдерживает при напряжении не выше номинального двукратную перегрузку по току в течение 1 с и четырехкратную перегрузку — в течение 0,1 с. Двигатель допускает прямой пуск при номинальном напряжении, при этом момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя, не должен превышать момента инерции якоря.

Исполнение двигателя по степени защиты — IP40; по способу охлаждения — IC041, по способу монтажа — IM9101; выходной конец вала двигателя имеет два исполнения — со шпоночной канавкой и с лыской.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя приведены на рис. 23.2.

23.1.5. Двигатели постоянного тока серии ДПУ

Двигатели серии ДПУ предназначены для электроприводов постоянного тока металлорежущих станков с ЧПУ и промышленных роботов.

Основные технические данные двигателей ДПУ приведены в табл. 23.4.

Номинальный режим работы двигателей - S1 по ГОСТ 183-74.

Двигатели допускают работу в режиме S2 при частоте вращения п < 0,5и_ном, в режиме S3 с ПВ = 25 % и продолжительностью цикла 30 мин при п < 0,5и_ном, а также в режиме S5 с частыми пусками и электрическим торможением при коэффициенте инерции 2. В повторно-кратковременных режимах среднеквадратичное значение тока дви-

Таблица 23.5. Габаритные размеры, мм,

масса и момент инерции якоря двигателей

серии ДПУ

гателей за период не должно превышать номинального значения. Электродвигатели длительно выдерживают номинальный момент при частоте вращения от 0,1 до 3000 об/мин. На холостом ходу в течение 2 мин допустимо повышение частоты вращения до 5000 об/мин. Класс нагревостой-кости изоляции — F. Степень защиты от воздействий окружающей среды — IP44; способ охлаждения — IC040. Двигатели предназначены для эксплуатации в условиях воздействия механических факторов по группе М8 ГОСТ 17516-72. Габаритные размеры двигателей серии ДПУ, а также их масса и момент инерции якоря даны в табл. 23.5.

Структура условного обозначения двигателей серии ДПУ:

где 1 — название серии: ДПУ — двигатель постоянного тока управляемый; 2 — диаметр корпуса, мм; 3 — мощность, Вт; 4 — частота вращения, тыс. об/мин; 5 — условное обозначение повышенной точности по установочным размерам; 6 — 09 — условное обозначение наличия тахогенератора (в двигателях без тахогенераторов обозначение отсутствует); 7 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Предельные отклонения на биение выходного конца вала, центрирующей заточки и опорной поверхности фланца соответствуют повышенной точности по ГОСТ 9592-75.

Двигатели выпускаются со встроенными тахогенераторами постоянного тока типа ТП80-20-0,2. Двигатели мощностью 220 и 450 Вт могут изготовляться также со встроенными датчиками положения типа LTSa-11 с.

Основные технические данные тахогенератора постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов:

Крутизна выходной характеристики, мВ/(об/мин)...... 20

Частота вращения, об/мин:

номинальная.......3000

максимальная......6000

минимальная....... 0,1

Нагрузочное сопротивление, кОм,

не менее......... 10

Погрешность в диапазоне частот

0,1-4000 об/мин, %, не более 0,2 Выходное сопротивление постоянному току при температуре

20°С, Ом.........140 ± 14

Масса, кг..........0,5

Коэффициент пульсации выходного напряжения в зависимости от отношения частоты вращения к номинальной не должен превышать следующих значений, %:

От максимальной до 0,1 . . . . 0,2

От 0,1 до 0,01........ 1,5

От 0,01 до 0,001....... 2,5

Менее 0,001......... 5

Изменение ЭДС тахогенератора при изменении температуры окружающей среды должно быть не более 0,02 %/°С.

Габаритные и присоединительные размеры тахогенератора ТП80-20-0,2 даны на рис. 23.3, конструкция и способ соединения с двигателем — на рис. 23.4.

Рис. 23.3. Габаритные и установочно-при-

соединительные размеры тахогенератора

ТГОО-20-0,2

Рис. 23.4. Конструкция и способ соединения тахогенератора ТП80-20-0,2 с двигателем: 1 — обмотка якоря; 2 — вал двигателя; 3 — втулка; 4 — сердечник якоря; 5 — шайба; 6 — кольцо; 7 — коллектор; 8 — магнит; 9 - сегмент кольца; 10 -щеткодержатель; 11 — обойма щеткодержателя; 12 — пружина; 13 — щетка; 14 — втулка; 15 — гайка; 16 -шайба; 17 -винт; 18 - подшипниковый щит двигателя