Електрически вал и приложението му в електрическото задвижване на металообработващи машини

Статията разглежда устройството, принципа на действие и примери за използване на електрически системи за синхронно въртене (електрически вал) в металообработващи машини и инсталации.

Нека приемем, че два вала, които не са механично свързани помежду си, трябва да се въртят със същата скорост, без да се въртят един спрямо друг. За да се осигури такова синхронно и фазово въртене с двигатели D1 и D2, които въртят съответно валове I и II (фиг. 1), свържете спомагателни асинхронни машини А1 и А2 с фазови ротори. Роторните намотки на тези машини са свързани помежду си в обратна посока.

Ако скоростите на въртене на двете машини и позициите на техните ротори са еднакви, тогава електродвижещите сили, индуцирани в намотките на роторите на машини А1 и А2, са равни и насочени една към друга (фиг. 2, а), и токът в роторната верига не тече.

Да приемем, че посоката на въртене на полето на спомагателните машини съвпада с посоката на въртене на техните ротори. Когато въртенето на машината А2 се забави, нейният ротор ще изостане зад ротора А1, в резултат на което e. и т.н. Ep2, индуциран в роторната намотка, ще се измести във фаза към аванса (фиг. 2, b) и в роторната верига на машини A1 и A2 под действието на векторната сума на e. и т.н. E, изравняващият се ток I се появява .

Фигура: 1. Схема на синхронна комуникация

Фигура: 2. Векторни диаграми на синхронната комуникационна система

Текущият вектор ще изоставам от вектора e. и т.н. E с ъгъл φ. Проекцията на текущия вектор I върху вектора e. и т.н. Ep2 съвпада с този вектор по посока. Проекцията на текущия вектор върху вектора e. и т.н. Er1 е насочен към него. От това следва, че машината А2 ще работи в режим двигател, а машината А1 - в режим генератор. В този случай валът на машина А2 ще получи ускорение, а валът на машина А1 ще се забави. По този начин машините ще развият моменти, които възстановяват синхронното въртене на валове I и II и предишното координирано положение в пространството на роторите на машини A1 и A2. Роторите на тези машини могат да се въртят както в посоката на въртене на полето, така и в обратната посока.

Тази система се нарича електрическа синхронна система на въртене. Нарича се още електрическа шахта. Системата за синхронно въртене може да замени например оловни винтове в стругове за рязане на винтове.

Тъй като захранващите вериги на металорежещите машини, в сравнение с веригите на основното движение, обикновено консумират малко енергия, може да се използва по-проста схема на синхронно въртене за синхронизиране на основното движение с подаването (фиг. 3). В този случай е неизбежно постоянно несъответствие между позициите на роторите на машини А1 и А2, без което няма да има ток в роторната верига на машина А2 и няма да може да преодолее момента на силите на съпротивление на захранваща верига. Тъй като машината А2 получава захранване от статора и ротора, тази система на електрически вал изисква шестопроводна връзка към двигателя, монтирана в много случаи на движеща се машинна единица, конвенционално показана на фигурата с пунктирана линия.

Фигура: 3. Системи за синхронна комуникация на тежък стругорез

В рамките на ъгловото отклонение, което не надвишава 90 °, електрическият синхронизиращ въртящ момент се увеличава. За да се осигури значителен синхронизиращ въртящ момент, синхронните комуникационни машини при всички възможни ъглови честоти на въртене трябва да работят с големи приплъзвания (най-малко 0,3 - 0,5). Следователно тези машини трябва да са достатъчно големи, за да се избегне неприемливо отопление.

Мощността на машините се увеличава допълнително в опит да се елиминира влиянието на колебанията на товара и силите на триене. Използват се и механични трансмисии, които намаляват честотата на въртене на валовете на машината и, следователно, големината на ъгловата грешка, намалена на вала на машината. Преди да започнат работата на електрическия вал, асинхронните машини А1 и А2 се включват на еднофазно захранване. В този случай роторът на машина А2 заема първоначалното си положение, което съответства на положението на ротора на машина А1.

Синхронните ротационни системи е рационално да се използват за тежки металообработващи машини, тъй като производството на дълги оловни винтове е свързано със значителни трудности. В допълнение, с увеличаване на дължината на винтовете или валовете, поради тяхното усукване, точността на координацията на взаимното разположение на машинните части намалява. В електрическата система на шахтата разстоянието между валовете не може да окаже влияние върху точността на работата.

Когато се използва електрически вал, механичните връзки на шублерите с шпиндела се елиминират и кинематичната диаграма е значително опростена. Значителен недостатък на системите с електрически валове при тежки металорежещи машини е възможността за повреда на скъп детайл по време на прекъсване на електрозахранването, тъй като веднага възниква несъответствие. В някои случаи при такъв инцидент повредата на детайла може да бъде предотвратена чрез бързо автоматично прибиране на инструмента.

За конструкцията на машинни инструменти представлява интерес схема с два еднакви асинхронни двигателя с фазови ротори (фиг. 4). Тъй като веригата на двата ротора е затворена към реостата R, когато двигателите са свързани към променливотоковата мрежа, двата ротора започват да се въртят.

Фигура: 4. Схема на синхронна комуникация с ротационен реостат

В допълнение към токовете, протичащи в роторните намотки и реостата, в роторната верига на двете машини протича изравнителен ток. Наличието на този ток причинява появата на синхронизиращ въртящ момент, в резултат на което машините се въртят синхронно. Тази система може да се използва за повдигане и спускане на напречните елементи на големи рендета, фрези и въртележки.

Благодарение на електрическата валова система е решен проблемът с координираното движение на конвейерите, които са част от един производствен комплекс. Най-голямото практическо приложение в този случай беше получено от варианта на синхронно въртене на двигатели с общ честотен преобразувател.

В допълнение към разгледаните електрически валови системи за машиностроителна конструкция бяха разработени и приложени и други системи с машини с променлив ток, включително еднофазни системи и системи със синхронни двигатели със специален дизайн.