Магнітні підсилювачі в металообробних верстатах

Магнітні підсилювачі знайшли широке застосування в електроприводах металорізальних
верстатів через їх надійності і величезного терміну служби (він вважається одним з найбільш
надійних частин систем автоматики), відсутності рухомих частин, здатності
виконання магнітних підсилювачів потужністю від часток вата до сотень кв,
великий міцності і стійкості по відношенню до вібрацій і ударного навантаження. НЕ вважаючи
цього у завдяки магнітним підсилювачів можна просто виконати підсумовування
сигналів. Вони мають великий коефіцієнт посилення. У магнітних підсилювачах
відсутня електронна зв`язок між вхідними і вихідними ланцюгами.

Принцип дії магнітного підсилювача заснований на використанні нелінійності
кривої намагнічування феромагнітного матеріалу. При намагнічуванні незмінним
струмом сердечник підсилювача насичується і індуктивність робочих обмоток змінного
струму підсилювача зменшується. Робочі обмотки зазвичай включаються по черзі з
навантаженням. Тому напруга, яке до насичення сердечника було докладено до
робочим обмоткам підсилювача в момент насичення, прикладається до навантаження.

Струм навантаження регулюють конфігурацією струму в обмотці підмагнічування магнітного
підсилювача. Обмотка зміщення служить для створення вихідного подмагничивания,
потрібного для того щоб струм в навантаженні змінювався різним чином в
Залежно від знака полярності сигналу управління, також для вибору точки на
прямолінійній ділянці властивості. Обмотка зворотного зв`язку створена для
отримання необхідної форми вихідних характеристик.

Конструктивно магнітний підсилювач являє собою сердечник з листового
феромагнітного матеріалу, на який намотані обмотки змінного і постійного
струму. Для усунення наведень е. д. з. змінного струму ланцюга обмоток незмінного
струму обмотки змінного ока намотані окремо на сердечниках, а обмотки
незмінного струму охоплюють обидва сердечника.

Схема простого магнітного підсилювача

Магнітний підсилювач може
мати кілька обмоток управління. В даному випадку в робочому режимі струм в
навантаженні буде визначатися сумарним струмом управління. Іншими словами він може бути
застосований як акумулятор електронних сигналів не пов`язаних між собою
(Підсумовуються незмінні сигнали).

Магнітні підсилювачі можуть бути як нереверсивні, так і реверсивні. В
нереверсивними магнітних підсилювачах зміна полярності сигналу керування не
викликає зміни фази і знака струму навантаження.

Сердечники магнітних підсилювачів виготовляють як з трансформаторної сталі, так і
з пермаллоя, при цьому трансформаторну сталь використовують при потужності магнітного
підсилювача, більшою 1 Вт. Величина магнітної індукції в осерді з
трансформаторної сталі домагається 0,8 - 1,0 Т. Коефіцієнт посилення таких
магнітних підсилювачів становить від 10 до 1000.

Пермалой використовують в магнітних підсилювачах, потужність яких менше 1 В.
Прямокутний характер петлі гистерезиса для пермаллоя дозволяє отримати
коефіцієнт посилення від 1000 до 10 000 і вище.

Сердечник магнітного підсилювача шихту з окремих пластинок, як сердечники
дроселів або трансформаторів. Широкого розповсюдження набули магнітні
підсилювачі на тороїдальних
сердечниках, які, незважаючи на технологічні труднощі їх виробництва,
мають цілу низку переваг і 1-е з них - відсутність повітряних зазорів,
що покращує властивості магнітного підсилювача.

Широко поширені наступні схеми магнітних підсилювачів: однотактний і
двотактні, реверсивні і нереверсивні, однофазовий і багатофазні.

У металорізальних (і не тільки металорізальних) верстатах можна
зустріти дуже велике розмаїття конструкцій магнітних підсилювачів:
однофазовий серії УМ-1П, трифазні серії УМ-ЗП, зібрані на 6 П-образних сердечниках зі сталі марки
Е310, однофазовий серії ТУМ на тороїдальним сердечнику, блоки магнітних
підсилювачів серії БД, що містять, окрім магнітних підсилювачів, що знижують
трансформатори, діоди і резистори, зібрані на одній панелі. системи
електроприводу можуть бути побудовані на всіх підсилювачах з цих серій.

Обмотувальний схема магнітного підсилювача УМ-1П

Крім цього нерідко на різних
верстатах використовуються комплектні приводи з магнітними підсилювачами і двигунами
постійного струму, наприклад дуже поширений привід з магнітними
підсилювачами ПМУ. Але про це ми неодмінно поговоримо наступного разу. Крім цього,
в подальшому пості зупинимося на способах налагодження магнітних підсилювачів, торкнемося
і ряд інших питань, захоплюючих всім хто постійно стикається або збирається
в подальшому зіткнутися в роботі з магнітними підсилювачами. 

Комплектні електроприводи з магнітними підсилювачами

Незважаючи на те, що в сучасному електроприводі з успіхом
вживаються статичні перетворювачі (тиристори, силові транзистори,
IGBT-модулі), на наших промислових підприємствах все ще дуже нерідко можна
зустріти електродвигуни та генератори постійного струму, що працюють в комплекті
з магнітними підсилювачами. 

Магнітні підсилювачі саме широкого розповсюдження набули в
промисловому обладнанні ще в 50-х роках. В цілому, в еру дополупроводніковой
техніки була подальша тенденція - асинхронний і синхронний (для величезних
потужностей) привід застосовувався в нерегульованому електроприводі і привід
незмінного струму з електромашинним або статичним (тірітронний або ртутний
випрямлячі, магнітний підсилювач) для регульованого. 

В даний час найбільш часто можна на російських
підприємствах в схемах електричного обладнання верстатів, машин і установок можна
зустріти комплектні електроприводи постійного струму з магнітними підсилювачами
серії ПМУ.

ПМУ - привід з магнітними підсилювачами і селеновими
випрямлячами. Спектр регулювання швидкості двигуна 10: 1. регулювання
робиться конфігурацією напруги на якорі вниз від номінальної частоти обертання
мотора. Система регулювання автоматична з зворотним зв`язком по е. д с.
мотора, без тахогенератора і проміжного підсилювача. Потужність приводу від
0,1 до 2 кВт. Привід призначений для випрямлена напруга на виході моста
становить від 340 до 380 В. Для отримання досить жорстких рис
приводу в схему введені негативні оборотні зв`язку по струму і напрузі.

Кожен привід серії ПМУ являє собою набір,
що складається з блоку живлення, випрямлячів, магнітних підсилювачів, мотора
незмінного струму і задатчика швидкості.

Привід працює наступним чином. Напруга, що підводиться до
движку, автоматом слід за сигналом, що залежать від конфігурації його частоти
обертання. При зниженні частоти обертання мотора напруга зростає і
навпаки: напруга підтримує з даної точністю величину частоти обертання
незалежно від конфігурації навантаження та інших збурюючих причин.

Вплив різних збурюючих причин на частоту обертання
компенсує реактивний опір робочої обмотки магнітного підсилювача: при
зростанні навантаження струм в ланцюзі якоря зростає, що викликає зменшення
опору робочої обмотки магнітного підсилювача. внаслідок зниження
опору робочої обмотки напруга на якорі двигуна зростає, струм в
обмотках зростає, що ще більш зменшує повний опір робочих
обмоток підсилювача. В результаті сумарного зниження опору робочої
обмотки напруга на якорі двигуна зростає, що компенсує зниження
частоти обертання мотора. Потрібна частота обертання мотора
встановлюється за допомогою задатчика Р і резисторів R1 - R4.

ПМУ-М подібна серії ПМУ, але магнітні підсилювачі зібрані на
П-образних сердечниках. Потужність приводу ПМУ-М від 0,1 до 7 кВт.

Привід ПМУ-М

У приводах серії ПМУ-М використана система автоматичного
регулювання частоти обертання з оборотними зв`язками по напрузі і струму якоря
мотора. Магнітний підсилювач має дві групи обмоток управління. За однією з
їх протікає струм управління, що є алгебраїчною сумою струму задатчика і
струмів зворотних зв`язків, інша (обмотка зміщення) - служить для вибору робочої
точки на прямолінійній ділянці властивості магнітного підсилювача.

Для захисту від неприпустимо величезних значень струму якоря приводи
ПМУ-М габаритів з 8 по 11 забезпечені вузлом обмеження струму. При перевищенні струмом
якоря допустимих значень спрацьовує реле максимального струму, його розмикаючими
контакт розмикається і обриває ланцюг живлення обмотки управління. Тому що обмотка
зміщення залишається замкнутої, то магнітний підсилювач закривається і струм якоря
знижується. Дія схеми приводу ПМУ-М аналогічно дії схеми приводу ПМУ.

ПМУ-П - приводи завищеною точності і розширеного спектру
регулювання 100: 1. Система регулювання автоматична з зворотним зв`язком по
частоті обертання, яка здійснюється за допомогою тахогенератора і
проміжного напівпровідникового підсилювача. Частота обертання мотора
регулюється конфігурацією напруги на якорі.

До речі, магнітні підсилювачі можуть бути також застосовані для
регулювання напруги на затискачах асинхронного мотора, також як
безконтактних пускачів.

електрична
електротехнічна бібліотека