Содержание
Проблема, как выбрать блок питания для чпу станка, актуальна как для начинающих станкостроителей, так и для опытных проектировщиков крупных промышленных предприятий. Высокоточная электроника требует ответственного отношения к подключаемому к ней оборудованию.
Превышение допустимого напряжения – достаточно распространенная причина сбоев в системе. Элементы управления нередко выходят из строя из-за пропуска шагов и проблем в работе программы. Ни один узел станка обычно не функционирует без подключенного к нему источника питания.
Советы и рекомендации по подбору приводятся для приводов на шаговых двигателях, поскольку у большей части серводрайверов источник питания входит в комплект. Сначала нужно узнать тип устройства, требуемую станку силу тока и величину выходного напряжения.
Основные виды блоков питания
Подбор оптимального устройства обычно начинают с определения его типа. На рынке представлены нерегулируемые линейные и импульсные блоки (регулируемые и нерегулируемые). Разберемся, чем они отличаются и какие проблемы способны решать. Не стоит выбирать устройство, ориентируясь только на силу тока и величину выходного напряжения. Необходимо подробно изучить различные виды блоков питания и связанных с их работой нюансы.
Линейные (нерегулируемые трансформаторные) источники питания
Блоки питания преобразуют характеристики тока сети, оптимизируя их для нормальной работы других устройств. Линейные источники на основе тороидальных трансформаторов подходят для множества станков с ЧПУ. Устройства считаются простыми по конструкции, они способны работать при больших перегрузках в сети и устойчивы к отказам. Свою популярность линейные блоки также завоевали благодаря невысокой стоимости.
В отличие от регулируемых устройств, линейные лишены защиты от превышенного напряжения, излишняя энергия у них сохраняется в конденсаторе. Сразу после быстрой остановки двигателя в системе появляется нежелательная ЭДС. Контроллер становится не потребителем энергии, а ее источником, вызывая ряд негативных для двигателя эффектов. Если используется импульсный блок, подобные перегрузки вызывают защитное отключение привода, станок перестает работать. Линейные нерегулируемые устройства спокойно переносят скачки напряжения, они были разработаны для нагрузок с большим индуктивным вкладом.
Импульсные источники питания
Импульсные регулируемые блоки – широко распространенные устройства с неплохими характеристиками. Существуют модели, разработанные непосредственно для индуктивных нагрузок, характерных для большинства сервомоторов.
Однако нередко возникает проблема подбора блока, чье выходное напряжение превышает 50 В. Найти подобное устройство нелегко, поскольку они почти не встречаются на рынке, а выпускаются крайне редко. Задача решается при помощи соединения блоков с меньшим напряжением в один, обладающий необходимыми характеристиками.
В приводах станков с ЧПУ быстро меняется сила тока, вследствие чего на блоке появляются скачки напряжения. Возрастает вероятность выхода из строя регулируемого ИБП, драйвера или срабатывания защиты. У нерегулируемых импульсных устройств меняющееся напряжение не создает подобных проблем.
Комбинированные блоки включают в себя высоковольтные и низковольтные линии, что удобно для питания компонентов, требующих различных характеристик тока. Например, с их помощью обеспечивают питанием двигатели, датчики и лазерные трубки. Однако следует позаботиться об аналогичном запасном устройстве. При выходе комбинированного блока из строя, прекращается работа всех компонентов системы одновременно.
Мощность и выходное напряжение питания
Значения выходного напряжения у разных моделей блоков отличаются, что позволяет подбирать оптимальное питание для любого электронного компонента станка. Во избежание выхода двигателя из строя производители не рекомендуют превышать максимальное значение питающего напряжения, его определяют по формуле:
32 * √L = U
В ней L (в мГн) обозначает индуктивность обмотки. Данный параметр зависит от числа витков на статоре двигателя. Если блок питания используется сразу для нескольких приводов с разной индуктивностью, расчет выполняют, взяв минимальное L. Динамика остальных двигателей при этом понизится, но они будут защищены от перегрева и не выйдут из строя.
Когда индуктивность обмотки неизвестна, для расчета используют напряжение для нее, указанное производителем. Его величину умножают на 25, но рекомендуют не превышать номинальное значение более чем в 23 раза, чтобы снизить риск перегрева двигателя.
Для оценки потребляемой мощности, максимальное напряжение питания умножают на 2/3 и значение номинального тока. Формулу используют для определения предельно допустимой мощности, в действительности она еще ниже и зависит от тока на драйвере и величины нагрузки.
Сила тока
Узнать силу тока, необходимую драйверу от источника питания, достаточно просто с помощью небольших вычислений. Для линейного блока нужно умножить номинальный ток фазы двигателя на 2/3. Если источник импульсный, к данному значению прибавляют еще 15-30% от полученной величины.
Подключая несколько драйверов к одному блоку, их токи суммируют, учитывая коэффициенты. Для соединения используется схема «звезда», ее общая точка находится на клемме блока. Учтите, один драйвер нельзя подключать к клеммам другого.
Рекомендации по выбору блоков питания компонентов
Если плата включает в себя встроенные драйверы шагового двигателя, нужен достаточно мощный источник питания. Причем при расчетах необходимо учитывать значения силы тока для всех подключенных электронных компонентов.
Допустимые значения выходного напряжения прописаны в документации к оборудованию. Следует учитывать, питание драйвера требует запаса по силе тока и напряжению. Рекомендуют выбирать устройство, выдерживающее нагрузки, превышающие номинальные как минимум на 70%. Работа на пределе возможностей негативно сказывается и на самом блоке, он быстрее выходит из строя, чаще случаются сбои.
Высоковольтные источники питания, их еще называют блоками розжига, используются для генерации лазера в трубках. Важно при подключении нового блока настроить максимальный ток, даже если лазерная трубка не меняется. Излишнее напряжение негативным образом влияет на долговечность прибора.
Питание одного их основных элементов фрезерных станков, шпинделя, требует особого внимания. Материал постоянно оказывает сопротивление резанию, поэтому привод испытывает повышенную нагрузку. Ее интенсивность меняется в широком диапазоне, поскольку изменяется скорость перемещения. В системе питания шпинделей используют частотные преобразователи, помогающие в решении нескольких задач:
- осуществлять плавный запуск и торможение двигателя;
- облегчать управление скоростью, не теряя мощности;
- подавать на электронные компоненты стабильное напряжение.
Облегченный запуск станка избавляет от ряда проблем с шаговыми двигателями и не вызывает просадок напряжения. Применение частотных преобразователей и стабилизаторов также приводит к экономии электроэнергии.
Не рекомендуется подключать один блок для обеспечения работы всех драйверов. Лучше для каждого из них подбирать отдельный источник или, как минимум, один блок на два драйвера. Если выйдет из строя один, будут работать остальные. Устройства оперативно заменяются, отключаются от свободной оси и переставляются на место неисправного оборудования.
