Источник питания для станка с ЧПУ

Задача о выборе источника питания привода станка с ЧПУ заключается в определении питающего напряжения, силы тока и вида источника питания(импульсный-линейный, регулируемый-нерегулируемый и т.п.).

Поскольку бесщеточные серводрайверы, как правило, обладают встроенным источником питания со входным напряжением 220 или 380 В, нижесказанное относится к выбору источника питания для привода на шаговых двигателях или щеточному сервоприводу.

СИЛА ТОКА

Наиболее просто выбрать уровень силы тока, который базируется на характеристиках привода. Например, драйверу шагового двигателя требуется сила тока не менее 2/3 от номинального значения тока фазы двигателя. Т.е., для двигателя с заявленным током фазы 4.2 А требуется источник питания с током не менее 2.8 А. При подключении нескольких шаговых приводов к одному источнику питания полученные таким образом для каждого значения необходимо сложить, чтобы получить ток, который необходимо получить с источника питания. При подключении нескольких драйверов к одному источнику питания всегда используйте схему подключения звезда с общей точкой на клемме источника питания. Не подключайте драйверы к клеммам другого драйвера.

НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ И МОЩНОСТЬ

Напряжение источника питания зависит от индуктивности нагрузки(от кол-ва витков на статоре шагового или серводвигателя). Для определения максимального питающего напряжения некоторыми производителями рекомендуется формула:

32 * √L = Umax, где L - индуктивность обмотки в мГн.

Считается, что полученное значение Umax нелья превышать, иначе можно повредить двигатель. Формула носит эмпирический характер, и показывает, что с ростом индуктивности обмоток двигателя требуется большее напряжение, чтобы получить требуемую динамику, а также ограничивает неопытных пользователей от использования слишком большого напряжения. В случае, когда запитываются несколько приводов с разными индуктивностями от одного источника питания, для расчета напряжения источника по этой формуле надо брать минимальную индуктивность из всех двигателей - так вы несколько снизите динамику остальных двигателей, но спасете их от перегрева.Если индуктивность обмоток двигателя неизвестна, для определения Umax можно воспользоваться напряжением U, указанным для обмоток производителем. Как правило, оно весьма мало, порядка 1-5 В. Для получения напряжения питания драйвера это число необходимо увеличить в 7-20 раз(чем больше двигатель, тем больше должен быть множитель). По еще одной эмпирической формуле Umax = 25*U, то есть превышение номинального напряжения более чем в 23-25 раз может привести к перегреву двигателя и выходу его из строя!

Мощность, потребляемую двигателем, можно оценить сверху, перемножив полученное в расчетах максимальное напряжение питания на 2/3 от номинального тока двигателя. Т.е. для двигателя ST57-56 мощность потребления составит порядка 32*sqrt(2.4 мГн) * 2/3 * 3 А = примерно 100 Ватт. Эта формула дает очень осторожную оценку. В реальности потребление много ниже, и составляет примерно такие цифры: двигатели серии 57 мм - 40-70 ватт, двигатели 86 серии - 65-120 ватт на двигатель, в зависимости от нагрузки, выставленного тока на драйверах и т.п.

ВИД ИСТОЧНИКА

При выборе вида источника питания можно руководствоваться следующими соображениями. Нерегулируемый трансформаторный(линейный) источник питания подойдет в большинстве случаев, и обладает существенным преимуществом - простотой. При резком торможении шагового мотора генерируется существенная ЭДС, которая складывается с питающим напряжением контроллере двигателя. На многих регулируемых источниках питания может сработать защита от превышения напряжения, тогда как на нерегулируемом источнике энергия будет просто запасена в фильтрующем конденсаторе.

Регулируемые импульсные источники питания получили весьма широкое распространение вследствии своей дешевизны. В настоящее время импульные источники питания показывают весьма неплохие эксплуатационные харатеристики. Несмотря на то, что импульсные блоки питания с выходным напряжением более 50 В практически не выпускаются, они допускают соединение нескольких источников последовательно, что позволяет сделать составной источник питания с требуемым напряжением. Скажем, соединив последовательно источники S-350-48 и S-350-27, получим источник питания с выходным напряжением в 75 В, что является оптимальным для драйверов PLD86 и PLD880. При соединении ИБП последовательно выбирайте блоки с одинаковым значением выходного тока! (подробней об отличиях линейных и имульсных блоков питания)

Существуют также нерегулируемые импульсные источники питания, специально предназначенные для питания индуктивных нагрузок, таких, как шаговые двигатели и сервомоторы. Обычный импульсный источник питания рассчитан на сравнительно постоянную, равномерную нагрузку, такую, какую потребляют маломощные логические устройства - контроллеры, компьютеры и т.п., тогда как в приводах станка с ЧПУ сила тока изменяется очень быстро, что вызывает периодические скачкообразные изменения напряжения на БП. По этой причине при использовании регулируемого ИБП есть вероятность выхода из строя драйвера или источника питания, срабатывания защит регулируемого БП и т.п. Нерегулируемые импульсные источники питания лишены данного недостатка.

Когда шаговый двигатель резко снижает обороты с приложенным большим моментом инерции на валу, необходимо обязательно учитывать генерируемую двигателем ЭДС индукции(так называемая "обратная ЭДC", или иногда говорят "противоЭДС"). Кинетическая энергия вала с нагрузкой превращается в ток, и должна быть отведена из двигателя. Так как драйвер не может диссипировать эту энергию, он передает её на источник питания. В результате, из потребителя тока драйвер превращается в его источник. Этот ток может привести к пробою конденсаторов блока питания. Если вы питаете несколько шаговых приводов от одного источника питания, это не так страшно, так как энергия , генерируемая одним двигателем, будет поглощена другими. Но только не в том случае, когда они тормозят одновременно! Для этого случая разработано специальное устройство - дампер. Однако практически во всех драйверах производства PureLogic RND дампер встроен в драйвер и его применение оправдано только с драйверами сторонних производителей.