Восстановление работоспособности электропривода «Размер 2М-5-21» - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

13280
Восстановление работоспособности электропривода «Размер 2М-5-21»

До настоящего времени на промышленных предприятиях используются металлообрабатывающие станки выпуска 80…90-х гг. ХХ века. Часть этого станочного парка комплектовалась системами числового программного управления (ЧПУ) и асинхронными комплектными электроприводами. Специалистам, которые обслуживают и ремонтируют данное оборудование, может помочь в работе предлагаемая статья.

Из всех металлообрабатывающих станков асинхронные комплектные электроприводы больше всего представлены в станках токарной группы. Электропривод по командам ЧПУ обеспечивает управление тремя асинхронными электродвигателями (отсюда и происходит уточнение «комплектный» в названии оборудования данного класса). Три управляемые электроприводом электродвигателя на токарном станке обеспечивают: вращение шпинделя с заданной скоростью, продольную и поперечную подачу инструмента.

  Электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный, размер 2М-5-21

Рис.1 Электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный, размер 2М-5-21

 

Дальше речь пойдет о конкретном типе электропривода, полное техническое название которого «электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный, размер 2М-5-21» (рис.1). Почти весь комплект документов на данный электропривод доступен по адресу http://valvolodin.narod.ru/schems.html. Электропривод построен по схеме 3-фазного полумостового инвертора, для управления электродвигателями подач (два электродвигателя по 4,5 кВт). Для главного, более мощного электродвигателя (11 кВт), вращающего шпиндель станка, используется схема 3-фазного мостового инвертора (рис.2 см. прикрепленные данные). Все три инвертора осуществляют частотное регулирование «своими» электродвигателями.

Силовые ключи (в данном электроприводе они по документации называются КС-12) выполнены на мощных биполярных высоковольтных транзисторах (рис.3). Конструктивно в одном КС-12 расположен полумост со схемой управления (драйвером) для верхнего и нижнего ключей полумоста. Всего в одном описываемом электроприводе используется 12 блоков КС-12 (6 – для двигателя главного движения, по 3 – для двигателей подач). Существует еще один силовой ключ, который снижает до безопасного уровня бросок питающего напряжения при торможении любого из трех управляемых электродвигателей.

 

Рис.4

 

Бросок напряжения возникает из-за возврата части энергии в источник питания при торможении электродвигателей, ключ называется «разрядный», по документации КР-9. Во всех 13 ключах использованы однотипные транзисторы КТ838А (в технической документации указаны КТ839), включенные по схеме, показанной на рис.4 (см. прикрепленные данные). Для получения необходимых технических характеристик силового ключа (коммутируемый ток до 25 А напряжение питания до 675 В) используется параллельное включение четырех силовых транзисторов (позиционные обозначения элементов на схеме совпадают с заводским альбомом электрических схем).

С целью сохранения высокого КПД разработчики не стали применять выравнивающие резисторы в цепях эмиттеров параллельно включенных транзисторов. При изготовлении силовых ключей проводится строгий подбор транзисторов по электрическим параметрам для равномерного распределения силового тока ключа между четырьмя транзисторами. Несоблюдение данного условия вызовет перегрузку одного или нескольких транзисторов по току коллектора и рассеиваемой мощности, транзистор выйдет за область безопасной работы, и, скорее всего, сгорит при первом включении электропривода. При текущем ремонте необходимо любой сгоревший силовой транзистор заменять идентичным по электрическим параметрам. Пренебрежение данным вопросом приведет к показанной на рис.5 картине на рабочем столе заводского электрика.

 

Рис.5

 

Обслуживая 6 станков с описываемыми электроприводами, только в одном из шести комплектов документов удалось отыскать короткие объяснения к процессу подбора силовых транзисторов. Дальше я дословно привожу эти рекомендации. «Инструкция по эксплуатации ИДАФ. 655174.002 ИЭ к электроприводу асинхронному глубокорегулируемому комплектному РАЗМЕР 2М-5-21», стр.17:

«Для параллельного включения транзисторов силовых прерывателей необходимо выполнить их подбор по величине прямого напряжения база-эмиттер при включении транзистора по схеме (рис.6 см. прикрепленные данные).

В одну группу параллельно включенных транзисторов допускается включать транзисторы, у которых прямое падение напряжения база-эмиттер отличается не более чем на 80 мВ (имеют один и тот же номер зоны).

Транзистор должен размещаться на теплоотводе с суммарной поверхностью примерно 1000 см2. Уменьшение напряжения база-эмиттер от прогрева транзистора может составить около 20 мВ, поэтому необходимо производить замер, по возможности, сразу после включения».

Таблицу «градуировочных зон» найти не удалось. Ради объективности следует сказать, что все транзисторы на заводских силовых блоках (не подвергшихся ремонту) действительно промаркированы. Маркировка представляет собой рукописную цифру красного цвета. Из собственной практики встречал цифры в диапазоне от 1 до 8. Исходя из электрической схемы (рис.6 см. прикрепленные данные), можно назвать параметр, который мы измеряем, – «напряжение насыщения перехода Б-Э при рабочем токе коллектора». Учитывая очень маленький коэффициент усиления по току, у исследуемых транзисторов около 5 [1], становятся понятными необходимые технические требования к источнику питания для измерения данного параметра силового транзистора. Это должен быть низковольтный, регулируемый источник питания, с максимальным выходным током около 6 А (4,5 А уходят в коллекторную цепь, примерно 1 А – ток базы). Учитывая, что стандартных (лабораторных) источников питания с такими выходными токами не существует, становится очевидным необходимость самостоятельного изготовления данного источника питания. Самым простым и очевидным, при данных выходных параметрах, видится источник питания, собранный по следующей схеме: сетевой автотрансформатор + унифицированный (или самодельный) трансформатор мощностью более 60 Вт с одной или несколькими вторичными низковольтными обмотками + мостовой выпрямитель на соответствующий ток + емкостной фильтр.

Устройство для подбора транзисторов

Если по какой-то причине данный вариант нельзя реализовать, можно собрать схему понижающего импульсного стабилизатора. Схему импульсного понижающего преобразователя можно подобрать из многочисленных журнальных публикаций, например [2, 3]. Если произвести несложную доработку выбранной схемы, можно реализовать дополнительную, полезную при данных измерениях функцию.

Автором разработана и испытана схема, показанная на рис.7 (см. прикрепленные данные). По своей топологии это импульсный бестрансформаторный понижающий преобразователь «Чоппер». От известных решений данную схему отличает использование в качестве силового элемента двух MOSFET с Р-каналом, включенных параллельно (для упрощения на схеме изображен один транзистор). Данное решение позволило упростить схему управления ключом и разместить на одном небольшом радиаторе силовые транзисторы и возвратный диод VD2 (рис.7 см. прикрепленные данные). Управляет силовым ключом распространенная ИМС контроллера TL494. Микросхема включена по типовой схеме для однотактного преобразователя. Резистор R1 и конденсатор C3 – частотозадающие элементы; D1, R2, R3 – делитель, который ограничивает максимальное напряжение на переходе сток-исток на безопасном уровне около 12 В. Резисторы R4–R6 – элементы цепи обратной связи встроенного в TL494 усилителя ошибки. Операционный усилитель DA2 – «изюминка» в предложенной схеме.

Применение данной микросхемы позволило организовать обратную связь по току коллектора проверяемого транзистора. Благодаря этому упростился процесс измерения, так как рабочий ток коллектора 4,5 А устанавливается и поддерживается автоматически. Это очень полезно при проверке больших партий транзисторов 100 шт. и более (хочется напомнить, что в одном электроприводе использовано в ключах 12х13=156 силовых транзисторов). Из схемы (рис.6 см. прикрепленные данные) видно, что получить сигнал, пропорциональный току коллектора, простым способом затруднительно, так как коллектор в данной схеме получился «плавающим» – он не соединен с выводом источника питания. При работе предложенной схемы (рис.7 см. прикрепленные данные) ток коллектора проходит через резистор R12. При токе коллектора 4,5 А на этом резисторе выделяется напряжение около 0,49 В. Это напряжение измеряется операционным усилителем, включенным по схеме дифференциального усилителя.

При данных номиналах R7–R10 коэффициент усиления равен 1. Выходное напряжение усилителя на выводе 1 DA2 повторяет напряжение на R12, но это напряжение получено уже относительно общего провода. Любые изменения коллекторного тока у проверяемого транзистора приводят к изменению напряжения на входе усилителя ошибки, вывод 16 ИМС TL494. Контроллер, изменяя ширину выходных импульсов на выводах 8 и 11, обеспечит поддержание заданного тока. Микросхема DA2, LM358 выбрана неслучайно. Она идеально подходит для данной схемы, так как специально разрабатывалась для однополярного питания, и очень устойчиво работает в его широком диапазоне от 5 до 38 В.

О назначении остальных элементов схемы: подстроечным резистором R6 один раз при настройке источника питания выставляется рабочий ток коллектора у проверяемого транзистора. Конденсатор C7 – фильтрующий, он обеспечивает общую помехозащищенность схемы. Резистор R11 – ограничительный, через него проходит суммарный ток коллектора и базы, обеспечивает защиту от нештатных ситуаций (замыкание между электродами проверяемого транзистора при его подключении к стенду). Входной выпрямитель V1 установлен на всякий случай, его применение позволяет при необходимости запитать схему переменным напряжением, а при подключении к источнику постоянного напряжения не беспокоиться о соблюдении полярности. От выпрямителя можно отказаться, но при этом необходимо оставить С1, он защитит ключевые транзисторы V1 и VT2 от коммутационных бросков напряжения, которые обязательно возникнут в проводах, соединяющих данную схему с источником питания.

Детали

Оксидные конденсаторы импортные. В качестве стабилитрона D1 подойдет Д814Г, Д. Сдвоенный диод Шотки можно заменить отечественным КД2997. Резисторы R11, R12 импортные, составленные из двух параллельно включенных резисторов 0,22 Ом мощностью 2…3 Вт. Все остальные резисторы мощностью 0,25 Вт. Накопительный дроссель L1 намотан на сердечнике Б36 из феррита 2000НМ жгутом из четырех проводов ПЭЛ 0,8 и содержит 18 витков. При сборке сердечника необходимо обеспечить немагнитный зазор в сердечнике 0,15 мм, после сборки катушку внутри сердечника желательно залить эпоксидной смолой (для электрической и механической прочности). Режим работы устройства повторно-кратковременный, поэтому силовые элементы VT1, VT2 и D2, выделяющие тепло, можно установить на небольшой радиатор с площадью 250…300 см2. Автор использовал радиатор от 486 процессора старого компьютера (без вентилятора).

Ввиду небольшого количества деталей и того «цейтнота», в котором изготавливалась конструкция, печатная плата для данного устройства не разрабатывалась. Вся схема собрана на стандартной монтажной плате. При монтаже все соединения между элементами силовой цепи выполняют толстым монтажным проводом (2…2,5 мм2). Эти провода должны быть минимально возможной длины. В авторском варианте данное устройство используется совместно с лабораторным блоком питания ТЕС 88. При входном напряжении около 25 В схема потребляет от блока питания 1,2…1,5 А. Сам процесс измерения максимально прост: после подключения проверяемого транзистора к стенду (транзистор обязательно припаивают к выходным проводам устройства) включают питание и измеряют напряжение на переходе Б-Э.

Несмотря на то, что данная схема разрабатывалась под конкретный образец промышленного оборудования, подбор силовых транзисторов по данному электрическому параметру желателен при ремонте или изготовлении любых схем, где используется параллельное включение мощных биполярных транзисторов, а именно мощные источники питания, частотные преобразователи, сетевые и не только инверторы, электроприводы.

Литература

  1. Бессарабов Б.Ф. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы. – Справ. – Воронеж, 1994.
  2. Петров А. Эффективный импульсный стабилизатор напряжения//Радиолюбитель. – 1993. – №1. – С.26.
  3. Безик Д. Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения и тока//Радио. – 2008. – №2. – С.26.
Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus