Wał elektryczny i jego zastosowanie w napędzie elektrycznym maszyn do obróbki skrawaniem metali

W artykule omówiono urządzenie, zasadę działania oraz przykłady zastosowania układów elektrycznych do synchronicznego obrotu (wału elektrycznego) w maszynach i instalacjach do obróbki skrawaniem metali.

Załóżmy, że dwa wały, które nie są ze sobą mechanicznie połączone, mają obracać się z tymi samymi prędkościami bez obracania się względem siebie. W celu zapewnienia takiej synchronicznej i zgodnej w fazie rotacji z silnikami D1 i D2, które obracają odpowiednio wały A i II (rys. 1), należy połączyć pomocnicze maszyny asynchroniczne A1 i A2 z wirnikami fazowymi. Uzwojenia wirnika tych maszyn są ze sobą połączone.

Jeżeli prędkości obrotowe obu maszyn i położenia ich wirników są takie same, to siły elektromotoryczne indukowane w uzwojeniach wirników maszyn A1 i A2 są równe i skierowane do siebie (ryc. 2, a), oraz prąd nie płynie w obwodzie wirnika.

Załóżmy, że kierunek wirowania pola maszyn pomocniczych pokrywa się z kierunkiem wirowania ich wirników.Gdy obroty maszyny A2 spowalniają, jej wirnik będzie pozostawał w tyle za wirnikiem maszyny A1, co spowoduje e. itp. c. Ep2 indukowane w uzwojeniu wirnika przesunie się w fazie do przodu (ryc. 2, b), oraz w obwodzie wirnika maszyn A1 i A2 pod działaniem sumy wektorów e. itp. z E pojawia się prąd wyrównawczy Az.

Ryż. 1. Schemat komunikacji synchronicznej

Ryż. 2. Diagramy wektorowe synchronicznego systemu komunikacyjnego

Bieżący wektor I będzie opóźniony w stosunku do wektora e. itp. gdzie E w kącie φ... Rzut wektora prądu Az na wektor e itd. v. Ep2 pokrywa się z tym wektorem w kierunku. Rzut wektora prądu na wektor e. itp. s. Ep1 jest skierowany do niego. Wynika z tego, że maszyna A2 będzie pracować w trybie silnika, a maszyna A1 w trybie generatora. W takim przypadku wał maszyny A2 będzie przyspieszany, a wał maszyny A1 będzie zwalniany. W ten sposób maszyny będą wytwarzać momenty obrotowe, które przywracają synchroniczny obrót wałów. I i II oraz poprzednie skoordynowane położenie w przestrzeni wirników maszyn A1 i A2. Wirniki tych maszyn mogą obracać się zarówno w kierunku wirowania pola, jak iw kierunku przeciwnym.

Ten system nazywa się elektrycznym systemem synchronicznych obrotów… Nazywa się go również elektrycznym wałem… System synchronicznych obrotów może zastąpić np. śruby pociągowe w tokarkach do śrub.

Ponieważ obwody zasilające maszyn do obróbki skrawaniem metali, w porównaniu z obwodami ruchu głównego, zwykle zużywają niewielką moc, do synchronizacji ruchu głównego z posuwem można zastosować prostszy schemat obrotów synchronicznych (rys. 3).W tym przypadku nieuniknione jest ciągłe niedopasowanie położeń wirników maszyn A1 i A2, bez którego nie byłoby prądu w obwodzie wirnika maszyny A2 i nie byłaby ona w stanie pokonać momentu działania sił oporu obwód zasilania. Ponieważ maszyna A2 jest zasilana ze stojana i wirnika, ten system wału elektrycznego wymaga sześcioprzewodowego połączenia z silnikiem, instalowanego w wielu przypadkach na ruchomym bloku maszyny, zwykle pokazanym na rysunku przerywaną linią.

Ryż. 3. Systemy komunikacji synchronicznej ciężkiej tokarki śrubowej

W obrębie odchylenia kątowego, które nie przekracza 90°, wzrasta elektryczny moment synchronizacji. Aby zapewnić znaczny moment synchronizacyjny, synchroniczne maszyny komunikacyjne przy wszystkich możliwych częstotliwościach kątowych obrotu muszą pracować z dużymi poślizgami (nie mniejszymi niż 0,3 — 0,5). Dlatego te maszyny muszą być wystarczająco duże, aby uniknąć niedopuszczalnego nagrzewania.

Moc maszyn jest dalej zwiększana w celu wyeliminowania wpływu wahań obciążenia i sił tarcia. Stosowane są również przekładnie mechaniczne, które zmniejszają częstotliwość obrotów wałów maszyn, a tym samym wielkość błędu kątowego zmniejszonego do wału maszyny.Przed uruchomieniem wału elektrycznego maszyny asynchroniczne A1 i A2 są podłączone do zasilanie jednofazowe. W tym przypadku wirnik maszyny A2 zajmuje swoje położenie początkowe, które odpowiada położeniu wirnika maszyny A1.

Synchroniczne układy obrotowe są racjonalnie stosowane w maszynach do cięcia metali ciężkich, ponieważ produkcja długich śrub pociągowych wiąże się ze znacznymi trudnościami.Ponadto wraz ze wzrostem długości śrub lub wałów, na skutek ich skręcania, maleje dokładność koordynacji wzajemnego ułożenia części maszyn. W elektrycznym systemie wałów odległość między wałami nie może wpływać na dokładność operacji.

W przypadku zastosowania wału elektrycznego wyeliminowane są mechaniczne połączenia zacisków z wrzecionem, a schemat kinematyczny jest znacznie uproszczony. Istotną wadą elektrycznych układów wałów w maszynach do obróbki metali ciężkich jest możliwość uszkodzenia drogiej części podczas awarii zasilania, ponieważ natychmiast pojawia się niewspółosiowość. W niektórych przypadkach, w przypadku takiego wypadku, uszkodzeniu przedmiotu obrabianego można zapobiec przez szybkie automatyczne cofnięcie narzędzia.

Schemat z dwoma identycznymi silnikami asynchronicznymi z wirnikami fazowymi jest interesujący dla inżynierii mechanicznej (ryc. 4). Ponieważ obwód obu wirników jest zamknięty do reostatu R, gdy silniki są podłączone do sieci prądu przemiennego, oba wirniki zaczynają się obracać.

Ryż. 4. Schemat komunikacji synchronicznej z reostatem obrotowym

Oprócz prądów płynących w uzwojeniach wirnika i opornika, w obwodzie wirnika obu maszyn płynie prąd wyrównawczy. Obecność tego prądu powoduje pojawienie się momentu synchronizującego, w wyniku czego maszyny obracają się synchronicznie. Ten system może być używany do podnoszenia i opuszczania ramion poprzecznych dużych strugarek, frezarek i karuzel.

Dzięki systemowi szybów elektrycznych rozwiązany został problem skoordynowanego ruchu przenośników wchodzących w skład kompleksu produkcyjnego.Najbardziej praktyczne zastosowanie w tym przypadku uzyskuje się z wariantu synchronicznych obrotów silników ze wspólną przetwornicą częstotliwości.

Oprócz rozpatrywanych elektrycznych układów wałowych do budowy maszyn opracowano i zastosowano inne układy maszyn prądu przemiennego, w tym układy jednofazowe oraz układy z silnikami synchronicznymi o specjalnej konstrukcji.