Elektrická hřídel a její aplikace v elektrickém pohonu obráběcích strojů

Článek pojednává o zařízení, principu činnosti a příkladech použití elektrických systémů pro synchronní otáčení (elektrický hřídel) v kovoobráběcích strojích a instalacích.

Předpokládejme, že dva hřídele, které spolu nejsou mechanicky spojeny, se mají otáčet stejnou rychlostí, aniž by se vůči sobě otáčely. Pro zajištění takového synchronního a fázového otáčení u motorů D1 a D2, které otáčejí hřídelemi A a II (obr. 1), propojte pomocné asynchronní stroje A1 a A2 s fázovými rotory. Vinutí rotoru těchto strojů jsou spojena proti sobě.

Pokud jsou otáčky obou strojů a polohy jejich rotorů stejné, pak jsou elektromotorické síly indukované ve vinutí rotorů strojů A1 a A2 stejné a směřují k sobě (obr. 2, a), a proud neteče v obvodu rotoru.

Předpokládejme, že směr otáčení pole pomocných strojů se shoduje se směrem otáčení jejich rotorů.Jak se rotace stroje A2 zpomaluje, jeho rotor se bude zpožďovat za rotorem A1, což má za následek např. atd. c. Ep2 indukovaný ve vinutí rotoru se při působení vektorového součtu e posune ve fázi k předstihu (obr. 2, b) a v obvodu rotoru strojů A1 a A2. atd. s E se objeví vyrovnávací proud Az.

Rýže. 1. Schéma synchronní komunikace

Rýže. 2. Vektorové diagramy synchronního komunikačního systému

Aktuální vektor I bude zpožďovat vektor e. atd. s E v úhlu φ... Promítání proudu Az na vektor e atd. v. Ep2 se ve směru shoduje s tímto vektorem. Projekce aktuálního vektoru na vektor e. atd. str. Ep1 míří na něj. Z toho vyplývá, že stroj A2 bude pracovat v režimu motoru a stroj A1 v režimu generátoru. V tomto případě bude hřídel stroje A2 zrychlena a hřídel stroje A1 zpomalena. Stroje tak vyvinou momenty, které obnoví synchronní otáčení hřídelů. I a II a předchozí koordinovaná poloha v prostoru rotorů strojů A1 a A2. Rotory těchto strojů se mohou otáčet jak ve směru rotace pole, tak i v opačném směru.

Tento systém se nazývá elektrický synchronní rotační systém… Říká se mu také elektrický hřídel… Synchronní rotační systém může nahradit např. vodící šrouby u šroubovacích soustruhů.

Protože podávací obvody obráběcích strojů mají oproti obvodům hlavního pohybu obvykle malý výkon, lze pro synchronizaci hlavního pohybu s posuvem použít jednodušší schéma synchronního otáčení (obr. 3).V tomto případě je nevyhnutelný neustálý nesoulad mezi polohami rotorů strojů A1 a A2, bez kterého by v obvodu rotoru stroje A2 nebyl proud a nebyl by schopen překonat moment odporových sil stroje A2. napájecí obvod. Protože stroj A2 přijímá energii ze statoru a rotoru, vyžaduje tento systém elektrického hřídele šestivodičové připojení k motoru, instalované v mnoha případech na pohyblivém bloku stroje, obvykle znázorněném na obrázku tečkovanou čarou.

Rýže. 3. Synchronní komunikační systémy těžkého šroubového soustruhu

V rámci úhlové odchylky, která nepřesahuje 90°, se zvyšuje elektrický synchronizační moment. Aby byl zajištěn významný synchronizační moment, musí synchronní komunikační stroje při všech možných úhlových frekvencích otáčení pracovat s velkými skluzy (ne menšími než 0,3 – 0,5). Proto musí být tyto stroje dostatečně velké, aby nedocházelo k nepřijatelnému zahřívání.

Výkon strojů se dále zvyšuje ve snaze eliminovat vliv kolísání zatížení a třecích sil. Používají se také mechanické převody, které snižují frekvenci otáčení hřídelí stroje a tím i velikost úhlové chyby redukované na hřídel stroje Před zahájením provozu elektrického hřídele jsou asynchronní stroje A1 a A2 připojeny k jednofázové napájení. V tomto případě rotor stroje A2 zaujme svou výchozí polohu, která odpovídá poloze rotoru stroje A1.

Synchronní rotační systémy racionálně používané pro obráběcí stroje na těžké kovy, protože výroba dlouhých vodicích šroubů je spojena se značnými obtížemi.Se zvětšující se délkou šroubů nebo hřídelí navíc vlivem jejich kroucení klesá přesnost koordinace vzájemného uspořádání strojních částí. V systému elektrických hřídelí nemůže vzdálenost mezi hřídeli ovlivnit přesnost operace.

Při použití elektrického hřídele odpadají mechanické spoje třmenů s vřetenem a kinematické schéma je značně zjednodušeno. Významnou nevýhodou elektrických hřídelových systémů u strojů na řezání těžkých kovů je možnost poškození drahého dílu při výpadku proudu, protože okamžitě dojde k nesouososti. V některých případech lze při takové nehodě zabránit poškození obrobku rychlým automatickým zatažením nástroje.

Pro strojírenství je zajímavé schéma se dvěma identickými asynchronními motory s fázovými rotory (obr. 4). Vzhledem k tomu, že obvod obou rotorů je uzavřen vůči reostatu R, při připojení motorů na střídavou síť se oba rotory začnou otáčet.

Rýže. 4. Schéma synchronní komunikace s rotačním reostatem

Kromě proudů tekoucích ve vinutí rotoru a reostatu protéká obvodem rotoru obou strojů vyrovnávací proud. Přítomnost tohoto proudu způsobí, že se objeví synchronizační moment, v důsledku čehož se stroje otáčejí synchronně. Tento systém lze použít ke zvedání a spouštění příčných ramen velkých hoblíků, frézek a karuselů.

Díky systému elektrických hřídelí je vyřešen problém koordinovaného pohybu dopravníků, které jsou součástí výrobního komplexu.Nejpraktičtější uplatnění v tomto případě získává varianta synchronního otáčení motorů se společným frekvenčním měničem.

Kromě uvažovaných elektrických hřídelových systémů pro strojírenství byly vyvinuty a používány další střídavé strojní systémy, včetně jednofázových systémů a systémů se synchronními motory speciální konstrukce.