Електричний вал та його застосування в електроприводі верстатів.
Статті з електроремонту та електромонтажу
Електричний вал та його застосування в електроприводі верстатів
У статті розглянуто пристрій, принцип дії та приклади використання електронних систем синхронного обертання (електронний вал) у верстатах та установках.
Припустимо, що два вали, що не мають механічного зв'язку разом, повинні крутитися зі схожими швидкостями, не роблячи поворот один щодо одного. Для забезпечення такого синхронного та синфазного обертання з двигунами Д1 та Д2, які крутять відповідно вали I та II (рис. 1), пов'язують допоміжні асинхронні машини А1 та А2 з фазними роторами. Роторні обмотки цих машин з'єднують разом зустрічно.
Якщо частоти обертання обох машин і їх роторів однакові, то електрорушійні сили, наведені в обмотках роторів машин А1 і А2, рівні й орієнтовані назустріч один одному (рис. 2, а), і струм у ланцюгу роторів не протікає.
Уявимо, що напрямок обертання поля допоміжних машин збігається з напрямком обертання їх роторів. При уповільненні обертання машини А2 її ротор відстане від ротора А1, внаслідок чого е. д. с. Ер2, наведена в обмотці ротора, зміститься по фазі у бік випередження (рис. 2, б), і ланцюги роторів машин А1 і А2 під дією векторної суми е. д. с. Е з'явиться зрівняльний струм I.
Мал. 1. Схема синхронного зв'язку
Мал. 2. Векторні діаграми системи синхронного зв'язку
Вектор струму I відставатиме від вектора е. д. с. Е на кут φ. Проекція вектора струму I вектор е. д. с. Ер2 збігається з цим вектором у напрямку. Вектор проекції струму на вектор е. д. с. Ер1 орієнтована назустріч йому. З цього випливає, що машина А2 працюватиме в режимі двигуна, а машина А1 - врежимі генератора При цьому вал машини А2 отримає прискорення, а вал машини A1 - уповільнення. Таким чином, машини розвинуть моменти, що відновлюють синхронне обертання валів I і II і колишнє узгоджене положення в просторі роторів машин А1 і А2. Ротори цих машин можуть крутитися як у напрямку обертання поля, так і у зворотному напрямку.
Ця система називається електронної системи синхронного обертання. Її називають також електронним валом. Система синхронного обертання може змінити, наприклад, ходові гвинти у токарно-гвинторізних верстатів.
Так як ланцюги подачі металорізальних верстатів в порівнянні з ланцюгами головного руху споживають зазвичай малу потужність, то для синхронізації головного руху з подачею може бути використана більш проста схема синхронного обертання (рис. 3). У разі неминуче постійне неузгодженість між положеннями роторів машин А1 і А2, без чого в ланцюзі ротора машини А2 не було б струму і вона не змогла б подолати момент сил опору ланцюга подачі. Так як машина А2 отримує живлення від статора і ротора, то при цій системі електронного валу потрібно шестипровідна підводка до двигуна, встановленому в багатьох випадках на вузлі верстата, що пересувається, умовно показаному на малюнку штриховою лінією.
Мал. 3. Системи синхронного зв'язку важкого токарно-гвинторізного верстата
У межах кутового неузгодженості, що не перевищує 90°, електронний синхронізуючий момент зростає. Для забезпечення значного синхронізуючого моменту машини синхронного зв'язку при всіх можливих кутових частотах обертання повинні працювати з великими ковзаннями (більше 0,3 - 0,5). Тому щоб уникнути неприпустимого нагріву ці машини повинні бути досить великих розмірів.
Потужністьмашин додатково нарощують, прагнучи виключити вплив коливань навантаження та сил тертя. Використовують також механічні передачі, що знижують частоту обертання валів верстата, отже, і величину кутової помилки, наведеної до валу верстата. До роботи електронного валу асинхронні машини А1 та А2 включають на однофазове живлення. При цьому ротор машини А2 займає вихідне положення, узгоджене з положенням ротора машини А1.
Системи синхронного обертання правильно використовувати для важких верстатів, так як виготовлення довгих ходових гвинтів пов'язане зі значними труднощами. З іншого боку, з підвищенням довжини гвинтів чи валів, внаслідок їх скручування, точність узгодження взаємного розташування елементів верстата зменшується. У системі електронного валу відстань між валами ніякого на точність роботи надати неспроможна.
При використанні електронного валу виключаються механічні зв'язки супортів зі шпинделем і дуже спрощується кінематична схема. Значним недоліком систем електронного валу в важких верстатах є можливість псування дорогої заготівлі при перерві в електропостачанні, тому що при цьому відразу виникає неузгодженість. У деяких випадках за такої аварії псування заготівлі то, можливо запобігти шляхом швидкого автоматичного відведення інструмента.
Для верстатобудування інтерес представляє схема з двома подібними асинхронними двигунами з фазними роторами (рис. 4). Так як ланцюг обох роторів замкнутий на реостат R, то при підключенні двигунів до мережі змінного струму обидва ротори починають крутитися.
Мал. 4. Схема синхронного зв'язку з роторним реостатом
Крім струмів, що протікають в обмотках роторів та реостаті, в ланцюзі роторів обох машин тече зрівняльний струм. Наявністьцього струму обумовлює виникнення синхронізуючого моменту, внаслідок чого машини обертаються синхронно. Така система може бути застосована для підйому та опускання поперечок великих стругальних, поздовжньо-фрезерних та карусельних верстатів.
Завдяки системі електронного валу вирішується проблема узгодженого руху конвеєрів, які входять у єдиний виробничий комплекс. Найбільше практичне застосування у разі отримав варіант синхронного обертання движків із загальним перетворювачем частоти.
Крім розглянутих систем електронного валу для верстатобудування розроблялися та застосовувалися та інші системи з машинами змінного струму, у тому числі однофазові системи та системи з синхронними двигунами спеціальної конструкції.