Гибкие производственные системы, 5 страница

Ё, =Ё. cos а.;
¹ фтах ф '

Ё₂ =F_A cos (a. -120°);

¹ фтах ф '

Ёз =Ё. cos (G_A -240°);

³ фтах ф '

где frfjmax ~ максимальное значение эдс фазы. Таким обра­зом, любому положению ротора соответствует единственное соотношение напряжений на выходных зажимах.

Рис. 26. Схема включения (а) и мгновенные напряжения на фазах сельсина (б)

Основные параметры бесконтактного сепьсина БС-155А, нашедшего наибольшее применение в станках с ЧПУ, приводят­ся ниже.

Номинальное напряжение питания, В.. 100 Номинальная частота питающей сети, Гц. 400 Погрешность следования, угл. мин....±5"^Ь30

Напряжение синхронизации, В 1 -^100

Разность максимальных значений вы­
ходного напряжения, В 1,0

Масса, кг 0,33

Фотоэлектрические преобразователи наряду с индукцион­ными получили широкое распространение в станках с ЧПУ и роботах. Конструкция и принцип работы показан на примере преобразователя ВЕ-178 (рис. 27). Он состоит из трех частей: механической, оптической и электронной.

Механическая часть служит для точного вращения входно­го вала преобразователя относительно корпуса. Базовая поверхность для установки и присоединения фотоэлектричес­кого преобразователя к станку обеспечивает соосное располо­жение его оптической и электронной частей. Преобразователь защищен от пыли, влаги и механического воздействия. Опти­ческая часть содержит светодиод 7, линзу 2, растровую индика­торную пластину 3 и растровый диск 4. Световой поток свето-диода 7 проходит через линзу 2, растровую индикаторную пластину 3 и растровый диск 4. При вращении растрового диска 4 меняется интенсивность света, пропускаемого через растровое сопряжение, образуемое диском 4 и пластиной 3. В результа­те меняется фототок через основ­ные фотодиоды 5 и фотодиоды 6, служащие для выработки компенса­ционных сигналов.

На индикаторной пластине раст­ры расположены в два сектора и сдвинуты один относительно друго­го на 1/4 шага растров. Два фотоди­ода, установленные под каждым из этих секторов и сопрягаемых с ними растрами диска, выдают первичные

сигналы sin т₀ и cos т₀, где т₀ ~ „ „-, „

⁰ Рис. 27. Основные кон-

относительное смещение подвижно- _{структивные} элементы фо­то и неподвижного растров. Фотоди- тозлектрического преобра-од, расположенный в центральной зователя

И1

И2

части растрового диска, выдает третий сигнал начала отсчета (нулевой сигнал).

Первичные сигналы всех трех каналов поступают вначале на усилители напряжения, а затем на формирователи, преоб­разующие синусоидальные сигналы в прямоугольные импульсы, амплитуда и форма которых не зависят от изменения амплиту­ды синусоиды. После формирователей сигналы передаются на усилители мощности и инверторы. В результате на выходе образуется шесть сигналов (три основных и три инверсных). С помощью этих шести сигналов определяется начальная точка отсчета перемещения, пройденный угол и направление враще­ния датчика.

Наличие двух каналов датчика (sin т₀ и cos т₀) обуслов­лено необходимостью определения направления вращения и вместе с тем это дает возможность при числе сигналов z за один оборот вала датчика формировать г, 2г и Az импупьсов в измерительной системе. Кроме того, за счет интерполяции сигналов датчика в каждом из каналов можно получить коли­чество сигналов v^z, где v„ -кратность интерполяции. Так, в датчиках ROD (ФРГ) при количестве рисок 36 000 число изме­рительных импульсов равно 3 600 000 (тип датчика ROD-B00 v = 100).

Так как учетверение (удвоение) числа импульсов и опре­деление направления вращения характерно для любого типа импульсного датчика, то далее приводятся функциональ­ные схемы и временные диаграммы устройств умножителей импульсов и дискриминаторов направления вращения реали­зующих эти функции. На рис. 28, а представлена схема умно­жителя, осуществляющая учетверение импульсов, получаемых от датчика, а на рис. 28, б - временные диаграммы. Формиро­ватели ФП1 и ФП2 преобразуют входные сигналы sin r₀ и cos т₀ в импульсы прямоугольной формы, которые после прохождения через инверторы И1 и И2 поступают на формирователи ФИ1 -ФИ4, на выходе каждого из которых формируются импульсы на передних фронтах. На выходе сумматора С образуется по-„следовательность импульсов, частота которой в 4 раза пре­вышает исходную.

На рис. 29, а представлена функциональная схема дискри­минатора направления вращения. Последовательность прямо­угольных импульсов И1 и И2, сдвинутых на 90° эл., по­ступает на входы формирователей импульсов ФИ1 (ФИ2) и на входы сумматоров С1 (С2).

При вращении датчика в сторону увеличения угла <р на выходе формирователей импульсов ФИ1 и ФИ2 образуется по­следовательность импульсов </_фи1 и </_фи2, _а при вращении 60

Рис. 28. Учетверение сигналов датчика:

1_г

U2 U,

<РИ1 -,

С!

ь

С2

'ФИ2

ФИ2

U,

ФИ1

"<РИ2

о)

а — схема, б — временная диаграмма сигналов

А 1 1	^1
^1ГП	^1 ' У 1 Г^1 ^у
^1 1 l 1 ' i i if
i i i i! i
\ 1 1 1 >
1! \ 1 ■ ^у■ ■

Рис. 29. Дискриминатор направления вращения: а — схема, б — временная диаграмма

Параметры питающей сети:

датчика в сторону уменьшения угла <р - (/ф_и1 и <Л>_и2- Сумма­торы С1 и С2, собранные по схеме "И", разрешают прохожде­ние сигналов на выход С2 в первом случае и на С1 во втором. Временные диаграммы показаны на рис. 29, б. Ниже приведе­ны технические характеристики фотоимпульсного датчика ВЕ-178 ввиду его широкого распространения.

Технические характеритики ВЕ-178

Количество выходных сигналов (I — основной, II — ин­
версный основному. III — смещенный, IV — инверсный
смещенному, V — начало отсчета, Vf — инверсный нача­
лу отсчета) 6

Фазовый угол между I и III сигналами, град, эл 90

Отклонение фазового угла между I и III сигналами,

град, эл ±10

Активная дпительность импульсов V и VI сигналов, мкс 1

Скважность I и III сигналов 2 ±0,2

Активная длительность фронта и среза, мкс, не более:

при длине кабеля 10м 1

при длине кабеля 30 м 2,5

Уровень сигнала. В, при коммутируемом напряжении 15 В и сопротивлении нагрузки 1 кОм:

в состоянии логического "0", не более 1,5

в состоянии логической "1" 4,5

Количество периодов выходных сигналов за один обо­
рот вала (дискретность) (12 ±20) %

Количество периодов выходных сигналов за один оборот вала (дискретность):

I, II, III, IV сигналов 100, 250, 500

1000, 1024. 1500, 2000, 2500

V и VI сигналов 1

Пределы изменения рабочих частот следования импуль­
сов. кГц 0—63

Допускаемая предельная систематическая погрешность

о
в интервале 360 угла поворота вала, угл. мин. не более 4

Дополнительная погрешность за счет нестабильности в

течение 16 ч работы, угл. мин, не более 0,5

Допускаемое угловое ускорение на вал, рад/с 1100

Показатели надежности и долговечности:

наработка на отказ, ч 4000

средний ресурс, ч 40 000

средний срок службы, лет 10

Масса, кг 1,5

Злек тронная

часть

+ 15±5% -15 ±5%

5 5

250 100

3.75 1,5

Осветительная

часть

постоянное напряжение, В пульсации. мВ, не более ток нагрузки, мА, не более мощность, В-А, не более

1,4 ± 5 %

90+5 %

0,5

Одним из видов фотоэлектрических преобразователей являются так называемые оптические линейки. К ним относит­ся преобразователь отечественного производства типа ВЕ-162; он предназначен для преобразования линейных перемещений рабочих органов станков в электрические сигналы, содержащие информацию о величине и направлении этих перемещений. Он состоит из трех частей: растровой линейки в корпусе с пыле- и брызгозащищенными крышками, преобразующей головки с индикаторным растром и свето- и фотодиодами предварительного усилителя сигналов.

Растровая линейка представляет собой стеклянную полос­ку с нанесенными на ней штрихами с шагом 20 или 40 мкм.

Преобразующая головка состоит из индикаторной решетки, четырех светодиодов, четырех осветительных линз, четырех зеркал, четырех фотодиодов, четырех собирающих линз и ряда механических деталей.

Предварительный усилитель сигналов усиливает сигналы, поступив­шие от приемников излучения, и осуществляет их инверсию.

Действие измерительного преобразователя линейных перемещений основано на модуляции светового потока по амплитуде при прохожде­нии его через сопряжение двух перемещающихся друг относительно друга растров.

Оптическая схема приведена на рис. 30. Световые потоки от светодиодов 1 направляются к фотодиодам 8 через растро­вое сопряжение, состоящее из растровой линейки 4 и индика­торного растра 5, с помощью осветительных линз 2, зеркал 3 и 6 и собирающих линз 7. Индикаторная решетка представ­ляет собой стеклянную пластину с нанесенными на ней четырь­мя группами штрихов с шагом деления 20 или 40 мкм. Штри­хи каждой группы смещены друг относительно друга на чет­верть периода растра. При перемещении преобразующей головки вдоль растровой линейки световой поток модулируется раст­ровым сопряжением и, попадая на фотодиоды 8. преобразуется в электрические сигналы, изменяющиеся по закону, близкому к синусоиде. Так как штрихи четырех групп индикаторной решетки смещены друг относительно друга на четверть пери­ода растра, то фазовый сдвиг между четырьмя формирующими

	о
						о
о.
I	го			сч	Ш		гч		С; i
с	н					ч о			+i ■
	D					о			ю
	У	,_		СЧ	СЧ	т	о		Т I
	LL	г^			"-	ч	гч		СО '
	Ш					о			О
	D					о			ю
	_| ч а: ш	сч		ч	ч	т	СЧ		1 1
	|~-		СЧ	СЧ	ч			CD '
					о			сз
	О
	_i	сп
	Ч	ч		1Я	ю	сч	(N
	и_
О- о	ш
о
У	D	со							со
	ч	ч		m	1Л	СЧ	СЧ		•!• 1
	LL	*~							СП
	Ш								+1
	а
	_j ч			ш	1Л	сч	О СЧ
	U.
	ш
	а
	ч	1П		1Л	ю	сч	О
	Ц.
	ш
	о					о
	*7			сч	т—		о		ю,
	ш			»-		ч	*-		+1 1
	а.					о^4о
	СЧ			CN	1Л		см		1Л
	ш а.					ч			я '
ш						о"
о.
X	о				in	о
	±			СО	ч_ о	т ч	о		я +
	а.					о" о
	(4
	cl			ч см	со	ч о	fN		in. +1 +
			а; S Г	S X а;		■3 [_		ш о с:	m о
л				К;		of			н
			О. с: га г	го		г го	m о и 9		го
го						S	о	о
о.			ш	0J		с	с:	о	¥
го			о	о			о	г
с			3" 2	г ч о		го о	с: о	0J	•s
			га		с:	а	£
			н			о	о		г с
			S	ъ		го	s	о	S го
			с:	CD CD		X	х	с:	2 X

7 /Г

Рис. 30. Линейный растровый преобразователь перемещения синусоидами составляет угол 90° эл. Над каждой из групп штрихов установлена пара фотодиодов, сдвинутых на 1/2 шага. Так как они включены встречно, то постоянные составляющие сигналов компенсируются, а амплитуда удваивается. Четыре синусоидальных сигнала, получаемых на выходе измеритель­ного преобразователя линейных перемещений, дают информа­цию как о перемещении, так и направлении движения узла станка.

Измерительный преобразователь линейных перемещений ВЕ-162 имеет несколько модификаций в зависимости от диапа­зона перемещений, составляющего 250—800 мм. Габаритные размеры унифицированы по ширине и толщине 82x28 мм и изменяются лишь по длине (410 —960 мм).

Техническая характеристика измерительного преобразо­вателя линейных перемещений ВЕ-162

Масса, кг 0,6 1,5

Максимальная скорость перемещения, м/мин.. 15 Предел допустимого значения систематической составляющей погрешности, мкм, не более... 0,5

Дополнительная погрешность реверса, мкм,
не более 2,5
Дополнительная погрешность за счет нестабиль­
ности работы, мкм, не более 1,0

Вращающиеся трансформаторы за рубежом принято назы­вать резольверами. В станках с ЧПУ и роботах производства СССР нашли применение некоторые типы резольверов произ­водства стран—членов СЭВ, технические характеристики кото­рых приведены в табл. 5.

IV. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

И ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ

9. Электропривод переменного тока с асинхронными двигателями

Асинхронные короткозамкнутые двигатели широко приме­няются в машиностроении. Из всех исполнительных двигателей они имеют самую простую конструкцию, очень технологичны, дешевы, ремонтнопригодны и выпускаются в больших коли­чествах.

В течение многих лет этот двигатель считался нерегулируе­мым, поскольку регулировать его скорость можно только путем изменения частоты питающего напряжения.

С развитием полупроводниковой преобразовательной тех­ники появилась возможность создания преобразователей час­тоты и регулируемого электропривода на их основе с очень высокими технико-экономическими показателями.

Работа асинхронного двигателя основана на принципе вращающего­ся магнитного поля.

Частота вращения поля зависит от частоты сети г"_с и числа пар полюсов р:

п₀ = 60f_Q/p, где р= 1, 2, 3.

Если частота сети уменьшается, вращение поля, а вместе с тем и двигателя замедляется; если увеличить частоту сети, то и двигатель станет вращаться быстрее.

Частота вращения ротора двигателя (или просто двигателя) не совпадает с частотой вращения магнитного поля. Она всегда несколько меньше. Для определения частоты вращения дви-66

гателя служит такая формула: п =п₀ О — s), где$ — скольжение. Скольжение зависит от нагрузки на двигатель. При увеличении нагрузки скольжение также увеличивается, однако величина его в диапазоне рабочих нагрузок остается малой. При номи­нальном моменте скольжение составляет 0,03—0,05.

Для изменения скорости асинхронного двигателя меняют частоту напряжения, питающего его статорные обмотки. В том случае, если напряжение меняется прямо пропорционально частоте (магнитный поток остается примерно постоянным), регулировочные характеристики выглядят так, как это показа­но на рис. 31, а. В этом случае критический момент М_к оста­ется неизменным. Если напряжение не изменяется, то характе­ристики имеют вид, представленный на рис. 31, б. Тогда крити­ческий момент изменяется, но остается примерно постоянной мощность. Основные аналитические соотношения указанных методов регулирования приводятся ниже.

При регулировании с постоянной перегрузочной способ-

X = ■

Ж

= const справедливо равенство, связывающее

напряжение и частоту питания:

^f- 'М

где U, f, М - напряжение, частота питающей сети и момент двигателя в номинальном режиме; U, f_c, M - те же параметры в режиме, отличном от номинального.

	'
I I I

К ^Мп К

а)

Рис. 31. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — при регулировании с постоянным моментом, б — при регулировании с постоянной мощностью; М_н, п_и. S_H — номинальные момент, скорость и скольжение соответственно, М S _к — критические моменты и скольже­ние, М_п — пусковой момент

Дата добавления: 2015-10-21