Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Справочник электрика / Трансформаторы и электрические машины

 

Преимущества применения многоскоростных двигателей




Преимущества применения многоскоростных двигателейЗамена обычных односкоросгных двигателей многоскоростными во многих случаях существенно улучшает технологические и эксплуатационные качества машин и станков и снижает трудоемкость их изготовления.

Многоскоростные двигатели применяются:

  • в приводах машин и станков, скорость которых желательно изменять в зависимости от размеров, твердости и других физических качеств обрабатываемого материала или в зависимости от технологических факторов. Сюда относятся металлорежущие и деревообрабатывающие станки, центробежные сепараторы, землечерпалки и другие механизмы для различных областей применения;

  • в машинах, станков и механизмах, имеющих различную скорость рабочего и холостого хода (лесопильные рамы);

  • для пуска в ход и остановки без резких толчков масс, обладающих значительной инерцией (элеваторы, подъемники). В этом случае рабочий процесс происходит при наибольшей скорости вращения, а пуск и остановка механизма - при малой скорости, часто с автоматическим переключением чисел полюсов;

  • в приводах машин и станков с мощностью, изменяющейся в зависимости от времени суток, времени года и т. п. (насосы, воздуходувки, загрузочные устройства, транспортеры и т. д.);

  • в приводах машин, имеющих несколько различных назначений, для каждого из которых требуется различная скорость, например, оборудование нефтяных скважин, где низшая скорость применяется для перекачки нефти, а высшая - для установки труб;
  • в механизмах, изменение скорости которых обусловливается потребляемой мощностью. В качестве примера можно привести листопрокатные станы, где вначале при значительной деформации металла прокатка производится на низкой скорости, а отделочные операции - на высокой.

  • в агрегатах, где, помимо регулирования скорости вращения двигателя переключением чисел полюсов, дальнейшее увеличение предела регулирования скорости осуществляется изменением частоты питающей сети.

Благодаря применению многоскоростных двигателей в электроприводах машин и станков возможно:

1) упрощение конструкции станков вплоть до исключения коробок скоростей и подач;

2) повышение производительности, эксплуатационных качеств и удобства обслуживания станков;

3) улучшение качества обработки на станке за счет уменьшения вибраций и снижения неточности работы механизмов с большим числом зубчатых зацеплений;

4) повышение к. п. д. станка за счет сокращения промежуточных звеньев кинематической цепи;

5) изменение скорости на ходу без останова станка;

6) упрощение автоматического управления процессами пуска, останова, реверса и торможения;

7) упрощение автоматического управления режимами обработки в зависимости от технологических факторов.

Пуск в ход двигателя на низшую скорость вращения обладает еще и тем преимуществом, что абсолютное значение пускового тока в этом случае будет, как правило, меньшим, чем пусковые токи для более высоких скоростей. При переключении обмотки с меньшего на большее число полюсов, т. е. при замедлении скорости вращения двигателя автоматически происходит рекуперативное торможение двигателя, сокращающее время останова машины и не связанное с потерями энергии, как это имеет место при торможении противовключением.

Широкие возможности для применения многоскоростных двигателей имеются в самых различных типах универсальных и специальных автоматизированных станков: в токарных, токарно-револьверных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, продольно- и поперечно-строгальных, заточных и др.

Наибольшее применение многоскоростные двигатели получили в приводах металлорежущих и деревообрабатывающих станков.

Электрооборудование токарных станков

Значительный диапазон регулирования скоростей универсальных металлорежущих станков требует редукторов пли коробок скоростей с большим количеством ступеней регулирования. При осуществлении процесса регулирования лишь одним механическим путем коробки скоростей конструктивно значительно усложняются и требуют более сложной системы управления.

Оба эти фактора вызывают повышение трудоемкости и удорожание производства коробок скоростей. Поэтому в станках находят широкое применение системы комбинированного регулирования скорости, представляющее собой сочетание электродвигателя, скорости которого регулируются в достаточно широком диапазоне, с редуктором или сравнительно простои коробкой скоростей, обладающей более высоким к. п. д. по сравнению с более сложными коробками скоростей.

Особенно целесообразно применение многоскоростных двигателей в станках, в которых можно ограничиться двумя, тремя или четырьмя различными скоростями при скорости вращения шпинделя станка, равной скорости двигателя. В этом случае применяются многоскоростные двигатели встроенного исполнения. Статор двигателя встраивается в переднюю бабку станка, а шпиндель через муфту связывается с валом ротора двигателя, или же ротор двигателя насаживается непосредственно на шпиндель.

Подобная конструкция станка оказывается исключительно простой, его кинематическая цепь наиболее короткой, а двигатель максимально приближенным к рабочему валу.

Если скорость вращения шпинделя станка не совпадает со скоростью вращения многоскоростного двигателя, последний соединяется со шпинделем посредством ременной или зубчатой передачи. Подобная кинематическая схема применяется для операционных токарных, фрезерных станков или небольших сверлильных станков. Добавление к такой схеме простого перебора значительно расширяет диапазон регулирования скорости станка, удлиняя кинематическую цепь станка лишь при малых скоростях вращения.

Применение в электроприводе станка многоскоростного двигателя, связанного непосредственно с вариатором скорости, значительно расширяет возможность плавного регулирования скорости станка. Применив, например, двухскоростной двигатель 2p = 8/2 и механический вариатор с отношением скоростей 4: 1, можно осуществить плавное регулирование скорости от 187 до 3000об/мин, т.е. получить диапазон регулирования 16: 1.

При двухскоростном двигателе 500/3000 об/мин и вариаторе с отношением 6:1 диапазон плавного регулирования скорости станка расширяется до 36:1. Дальнейшее расширение диапазона регулирования в сторону уменьшения скорости вращения достигается применением после вариатора перебора.

Диапазон плавного регулирования скорости привода можно передвинуть в зону больших или меньших скоростей изменением скорости вращения многоскоростного двигателя. Если этого недостаточно, между двигателем и вариатором ставят ускоряющую или понижающую передачу, чаще всего клиноременную или ременную.

Для плавного регулирования скорости в сравнительно небольшом диапазоне до 1:4 при постоянном вращающем моменте на валу применяется асинхронный двигатель с муфтой скольжения.

К. п. д. такого двигателя определяется выражением η = 1 - s, где s — скольжение, равное разности скоростей вращения ротора и выходного вала. Следовательно, при s = 80% к. п. д. будет составлять всего лишь 20%. При этом все потери мощности сосредоточиваются в барабане муфты.

Заменив в приводе с муфтой скольжения обычный односкоростной двигатель многоскоростным, можно поднять к. п. д. и расширить диапазон регулирования скорости этого привода. Например, при двухскоростном двигателе с переключением полюсов в отношении 2:1 регулирование скорости вращения производится ступенчато в отношении 2:1, а в промежутке между этими скоростями и ниже меньшей из них плавная регулировка осуществляется муфтой скольжения. Общий диапазон регулирования составит при этом 4 : 1 при наименьшем к. п. д. 50%.

За счет более полного использования регулировочных свойств муфт (диапазон регулирования 5:1) возможно диапазон регулирования расширить до 10:1 при наименьшем к. п. д. (при самой малой скорости вращения вала) η = 20%.

Применение трехскоростного двигателя с переключением полюсов обмотки 2р = 8/4/2 позволяет увеличить диапазон регулирования до 8:1 при наименьшем к. п. д. привода η = 50% и достичь предела регулирования 20: 1 при к. п. д. на самой низшей скорости η=20%.