Výhody použití vícerychlostních motorů

Náhrada klasických jednorychlostních motorů za vícerychlostní v mnoha případech výrazně zlepšuje technologické a provozní vlastnosti strojů a obráběcích strojů a snižuje pracnost jejich výroby.

Používají se vícerychlostní motory:

• v pohonech strojů a kovoobráběcích strojích, jejichž rychlost je žádoucí měnit v závislosti na velikosti, tvrdosti a dalších fyzikálních vlastnostech zpracovávaného materiálu nebo v závislosti na technologických faktorech. Patří mezi ně stroje na řezání kovů a dřevoobráběcí stroje, odstředivé separátory, bagry a další mechanismy pro různé aplikace;

• ve strojích, kovoobráběcích strojích a mechanismech s různými provozními a volnoběžnými otáčkami (pily);

• pro rozjezd a zastavení bez prudkých nárazů na stoly s výraznou hybností (výtahy, kladkostroje). V tomto případě se pracovní proces odehrává při nejvyšší rychlosti otáčení a spouštění a zastavování mechanismu — při nízkých otáčkách, často s automatickým přepínáním počtu pólů;

• v pohonech strojů a obráběcích strojích s výkonem, který se mění v závislosti na denní době, ročním období atd. (čerpadla, ventilátory, nákladní zařízení, dopravníky atd.);

• v pohonech strojů s několika různými účely, z nichž každý vyžaduje jinou rychlost, například zařízení na ropné vrty, kde se nejnižší rychlost používá k čerpání oleje a nejvyšší rychlost se používá k instalaci potrubí;

• v mechanismech, jejichž změna rychlosti je určena spotřebovaným výkonem. Příkladem jsou ploché válcovací stolice, kde se zpočátku při značné deformaci kovu válcování provádí nízkou rychlostí a dokončovací operace vysokou rychlostí.

• v blocích, kde se kromě regulace rychlosti otáčení motoru přepínáním počtu pólů provádí dodatečné zvýšení limitu regulace otáček změnou frekvence napájecí sítě.

Díky použití vícerychlostních motorů v elektrických pohonech strojů a obráběcích strojů je možné:

1) zjednodušení konstrukce strojů s vyloučením převodovek a napájecích zdrojů;

2) zvýšení výkonu, produktivity a snadné údržby obráběcích strojů;

3) zlepšení kvality strojního zpracování snížením vibrací a snížením nepřesnosti v činnosti mechanismů s velkým počtem převodů;

4) zvýšení účinnosti stroje snížením mezičlánků kinematického řetězce;

5) změna rychlosti v pohybu bez zastavení stroje;

6) zjednodušení automatického řízení procesů spouštění, zastavování, reverzace a zastavování;

7) zjednodušení automatického řízení režimů zpracování v závislosti na technologických faktorech.

Rozběh motoru při nižších otáčkách má také tu výhodu, že absolutní hodnota rozběhového proudu bude v tomto případě zpravidla menší než rozběhové proudy pro vyšší otáčky. Při přepínání cívky z menšího na větší počet pólů, tedy při zpomalení otáček motoru, rekuperační brzdění motoru, která zkracuje dobu zastavení stroje a není spojena se ztrátami energie, jako je tomu u brzdění zpátečkou.

Možnosti využití vícerychlostních motorů jsou široké v nejrůznějších typech univerzálních i speciálních automatizovaných kovoobráběcích strojů: soustruhy, soustruhy, vrtání, frézování, broušení, podélné a příčné hoblování, ostření atd.

Vícerychlostní motory se nejvíce používají v pohonech obráběcích strojů a dřevoobráběcích strojů.

Značný rozsah regulace otáček univerzálních obráběcích strojů vyžaduje reduktory nebo převodovky s velkým počtem regulačních kroků. Když se proces seřizování provádí pouze jedním mechanickým způsobem, převodovky jsou konstrukčně mnohem složitější a vyžadují složitější řídicí systém.

Oba faktory způsobují zvýšení pracnosti a zvýšení nákladů na výrobu převodovek.Proto se v obráběcích strojích hojně využívá systém složeného řízení otáček, což je kombinace elektromotoru, jehož otáčky jsou regulovány v dosti širokém rozsahu, s převodovkou nebo relativní volnoběžkou s vyšší účinností ve srovnání se složitějšími převodovkami.

Obzvláště vhodné je použití vícerychlostních motorů u obráběcích strojů, kde se můžete omezit na dvě, tři nebo čtyři různé rychlosti při rychlosti vřetena stroje rovnající se rychlosti motoru. V tomto případě se používají vestavěné vícerychlostní motory. Stator motoru je zabudován do vřeteníku stroje a vřeteno je spojeno spojkou s hřídelí rotoru motoru, nebo je rotor motoru nasazen přímo na vřeteno.

Taková konstrukce stroje se ukazuje jako extrémně jednoduchá, jeho kinematický řetězec je nejkratší a motor je co nejblíže k pracovnímu hřídeli.

Pokud rychlost otáčení vřetena obráběcího nástroje neodpovídá rychlosti otáčení vícerychlostního motoru, je tento připojen k vřetenu pomocí řemenového nebo ozubeného převodu. Obdobné kinematické schéma se používá pro operační sály soustruhů, frézek nebo malých vrtaček. Přidáním jednoduchého vyhledávání k takovému schématu se značně rozšiřuje rozsah regulace otáček stroje a kinematický řetězec stroje se prodlužuje pouze při nízkých otáčkách.

Použití vícerychlostního motoru v elektrickém pohonu obráběcího stroje, napojeného přímo na variátor otáček, značně rozšiřuje možnost plynulého řízení otáček stroje.Aplikaci např. dvourychlostní motor 2p = 8/2 a mechanický variátor s poměrem otáček 4:1 lze realizovat pro nastavení plynulé regulace otáček od 187 do 3000 ot./min. získat rozsah nastavení 16:1.

Díky dvourychlostnímu motoru 500/3000 ot./min a převodovému variátoru 6:1 je rozsah plynulé regulace otáček stroje rozšířen na 36:1, čehož je dosaženo použitím boostu za variátorem.

Rozsah plynulé regulace rychlosti pohonu lze přesunout do oblasti vyšších nebo nižších rychlostí změnou rychlosti otáčení vícerychlostního motoru. Pokud to nestačí, je mezi motor a variátor zařazen rychloběh nebo podřazení, nejčastěji klínový řemen nebo řemen.

Pro plynulou regulaci otáček v relativně malém rozsahu až 1:4 s konstantním točivým momentem hřídele asynchronní motor s posuvná spojka.

Účinnost takového motoru je určena výrazem η = 1 — s, kde s je skluz rovný rozdílu mezi otáčkami rotoru a výstupního hřídele. Proto při s = 80 % bude účinnost pouze 20 %. V tomto případě jsou všechny ztráty výkonu soustředěny v bubnu spojky.

Výměnou klasického jednorychlostního motoru za vícerychlostní v pohonu kluzné spojky je možné zvýšit účinnost a rozšířit rozsah regulace otáček tohoto pohonu.Například u dvourychlostního motoru s převodem pólu 2:1 se regulace otáček provádí v krocích v poměru 2:1 a v intervalu mezi těmito otáčkami a pod nimi se plynule seřizuje kluznou spojkou. Celkový regulační rozsah bude 4:1 s minimální účinností 50 %.

Vzhledem k plnějšímu využití regulačních vlastností spojek (rozsah regulace 5:1) je možné rozšířit regulační rozsah na 10:1 při nejnižší účinnosti (při nejnižší rychlosti otáčení hřídele) η = 20 %.

Aplikace třírychlostního motoru s pólově přepínacím vinutím 2p = 8/4/2 umožňuje zvýšit regulační rozsah na 8:1 při nejnižší účinnosti pohonu η = 50% a dosáhnout regulačního limitu 20:1 při účinnosti při nejnižší rychlosti η=20 %.