Электрический вал и его применение в электроприводе станков

В статье рассмотрены устройство, принцип действия и примеры использования электрических систем синхронного вращения (электрический вал) в станках и установках.

Допустим, что два вала, не имеющие механической связи друг с другом, должны вращаться с одинаковыми скоростями, не поворачиваясь друг относительно друга. Для обеспечения такого синхронного и синфазного вращения с двигателями Д1 и Д2, которые вращают соответственно валы I и II (рис. 1), связывают вспомогательные асинхронные машины А1 и А2 с фазными роторами. Роторные обмотки этих машин соединяют друг с другом встречно.

Если частоты вращения обеих машин и положения их роторов одинаковые, то электродвижущие силы, наведенные в обмотках роторов машин А1 и А2, равны и направлены навстречу друг другу (рис. 2, а), и ток в цепи роторов не протекает.

Предположим, что направление вращения поля вспомогательных машин совпадает с направлением вращения их роторов. При замедлении вращения машины А2 ее ротор отстанет от ротора А1, вследствие чего э. д. с. Ер2, наведенная в обмотке ротора, сместится по фазе в сторону опережения (рис. 2, б), и в цепи роторов машин А1 и А2 под действием векторной суммы э. д. с. Е появится уравнительный ток I .

Рис. 1. Схема синхронной связи

Рис. 2. Векторные диаграммы системы синхронной связи

Вектор тока I будет отставать от вектора э. д. с. Е на угол φ . Проекция вектора тока I на вектор э. д. с. Ер2 совпадает с этим вектором по направлению. Проекция вектора тока на вектор э. д. с. Ер1 направлена навстречу ему. Из этого следует, что машина А2 будет работать в режиме двигателя, а машина А1 — в режиме генератора. При этом вал машины А2 получит ускорение, а вал машины A1 — замедление. Таким образом, машины разовьют моменты, восстанавливающие синхронное вращение валов I и II и прежнее согласованное положение в пространстве роторов машин А1 и А2. Роторы этих машин могут вращаться как по направлению вращения поля, так и в противоположном направлении.

Данная система носит название электрической системы синхронного вращения . Ее называют также электрическим валом . Система синхронного вращения может заменить, например, ходовые винты у токарно-винторезных станков.

Так как цепи подачи металлорежущих станков по сравнению с цепями главного движения потребляют обычно малую мощность, то для синхронизации главного движения с подачей может быть применена более простая схема синхронного вращения (рис. 3 ). В этом случае неизбежно постоянное рассогласование между положениями роторов машин А1 и А2, без чего в цепи ротора машины А2 не было бы тока и она не смогла бы преодолеть момент сил сопротивления цепи подачи. Так как машина А2 получает питание от статора и ротора, то при данной системе электрического вала требуется шестипроводная подводка к двигателю, установленному во многих случаях на движущемся узле станка, условно показанном на рисунке штриховой линией.

Рис. 3. Системы синхронной связи тяжелого токарно-винторезного станка

В пределах углового рассогласования, не превышающего 90°, электрический синхронизирующий момент возрастает. Для обеспечения значительного синхронизирующего момента машины синхронной связи при всех возможных угловых частотах вращения должны работать с большими скольжениями (не менее 0,3 — 0,5). Поэтому во избежание недопустимого нагрева эти машины должны быть достаточно больших размеров.

Читайте также: 5255270 звездочка распределительного вала

Мощность машин дополнительно увеличивают, стремясь исключить влияние колебаний нагрузки и сил трения. Применяют также механические передачи, понижающие частоту вращения валов станка, а следовательно, и величину угловой ошибки, приведенной к валу станка. Перед началом работы электрического вала асинхронные машины А1 и А2 включают на однофазное питание. При этом ротор машины А2 занимает исходное положение, согласованное с положением ротора машины А1.

Системы синхронного вращения рационально применять для тяжелых станков, так как изготовление длинных ходовых винтов связано со значительными трудностями. Кроме того, с увеличением длины винтов или валов, вследствие их скручивания, точность согласования взаимного расположения частей станка уменьшается. В системе электрического вала расстояние между валами никакого влияния на точность работы оказать не может.

При использовании электрического вала исключаются, механические связи суппортов со шпинделем и сильно упрощается кинематическая схема. Существенным недостатком систем электрического вала в тяжелых станках является возможность порчи дорогостоящей заготовки при перерыве в электроснабжении, так как при этом сразу возникает рассогласование. В некоторых случаях при такой аварии порча заготовки может быть предотвращена путем быстрого автоматического отвода инструмента.

Для станкостроения интерес представляет схема с двумя одинаковыми асинхронными двигателями с фазными роторами (рис. 4). Так как цепь обоих роторов замкнута на реостат R, то при подключении двигателей к сети переменного тока оба ротора начинают вращаться.

Рис. 4. Схема синхронной связи с роторным реостатом

Помимо токов, протекающих в обмотках роторов и реостате, в цепи роторов обеих машин течет уравнительный ток. Наличие этого тока обусловливает появление синхронизирующего момента, вследствие чего машины вращаются синхронно. Такая система может быть использована для подъема и опускания поперечин крупных строгальных, продольно-фрезерных и карусельных станков.

Благодаря системе электрического вала решается проблема согласованного движения конвейеров, входящих в единый производственный комплекс. Наибольшее практическое применение в этом случае получил вариант синхронного вращения двигателей с общим преобразователем частоты.

Кроме рассмотренных систем электрического вала для станкостроения разрабатывались и применялись и другие системы с машинами переменного тока, в том числе однофазные системы и системы с синхронными двигателями специальной конструкции.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Видео:Вот, что можно сделать из моторчика дворников и редуктора болгарки! Гениальная самоделка!Скачать

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Видео:КАК РАБОТАЕТ МОТОР ЭЛЕКТРОСАМОКАТА/ЭЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДА?Скачать

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Видео:ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Вид Грубейшего Нарушения ТРЕБОВАНИЙ ТБ при работе на СТАНКАХ.Скачать

Принцип работы электродвигателя

Видео:ЭЛЕКТРОПРИВОД. Учебный фильм.Скачать

Классификация электродвигателей

• Универсальный
• Репульсионный

• КДПТ с обмоткой возбуждения
  Включение обмотки
  • Независимое
  • Последовательное возбуждения
  • Параллельное
  • Комбинированное
  • БДПТ
    (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
  • ВРД
    (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
  • Трехфазный
    (многофазный)
    • АДКР
    • АДФР
    • с пусковой обмоткой
    • с экранированными полюсами
    • с асимметричным магнитопроводом
    • СДОВ
      (с контактными кольцами и щетками) —>
    • СДПМ 5 —>
      • СДПМВ
      • СДПМП
      • Гибридный

      Читайте также: Тефлоновый валы для бразер

      1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
      2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
      3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
      4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
      5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
      • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
      • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
      • ЭП — электрический преобразователь
      • ДПР — датчик положения ротора
      • ВРД — вентильный реактивный двигатель
      • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
      • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
      • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

      Видео:Введение в автоматизированный электропривод, 1976Скачать

      

      Типы электродвигателей

      Коллекторные электродвигатели

      Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

      

      Универсальный электродвигатель

      

      Коллекторный электродвигатель постоянного тока

      Бесколлекторные электродвигатели

      У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

      Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

      Асинхронный электродвигатель

      Cинхронный электродвигатель

      Видео:Изготовление валов для любого оборудования и станков. Обработка валов на токарных станках.Скачать

      

      Специальные электродвигатели

      Серводвигатель

      Видео:Реактивная мощность за 5 минут простыми словами. Четкий #энерголикбезСкачать

      

      Основные параметры электродвигателя

      Момент электродвигателя

      Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

      

      ,

      • где M – вращающий момент, Нм,
      • F – сила, Н,
      • r – радиус-вектор, м

      

      ,

      • где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
      • n_ном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

      Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

      1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
      1 lb = 4,448222 N (Н)

      момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

      1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
      1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

      Читайте также: Муфта выходного вала это

      Мощность электродвигателя

      Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

      Механическая мощность

      Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

      

      ,

      • где P – мощность, Вт,
      • A – работа, Дж,
      • t — время, с

      Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

      

      ,

      Для вращательного движения

      

      ,

      

      • где – угол, рад,

      

      ,

      

      • где – углавая скорость, рад/с,

      Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

      

      Коэффициент полезного действия электродвигателя

      Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

      

      ,

      

      • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
      • P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
      • P₂ — полезная мощность (механическая), Вт
      При этом потери в электродвигатели обусловлены:
      • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
      • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
      • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
      • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

      КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

      Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

      

      Частота вращения

      

      • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

      Момент инерции ротора

      Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

      

      ,

      • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
      • m — масса, кг

      1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

      Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

      

      ,

      

      • где – угловое ускорение, с -2 [2]

      

      ,

      Номинальное напряжение

      Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

      Электрическая постоянная времени

      Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

      

      ,

      

      • где – постоянная времени, с

      Механическая характеристика

      Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

      Видео:Работа энкодераСкачать

      

      Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

      Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

      

      

      

      

      

      

      

      В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].

      Видео:Электромеханический трехвалковый трубогиб (профилегиб) станок ПРОФИ-РВ2. Почему его покупают?Скачать

      

      Области применения электродвигателей

      Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6].

      • Свежие записи
        • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
        • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
        • Какие моторы бывают у стиральных машин
        • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
        • Как снять стопорную шайбу с вала

        
        

        источники:

        https://evakuatorinfo.ru/ustroystvo-valov-v-elektrodvigatelyah

        📹 Видео

        Принципы работы кареточного электромотора для велосипеда на примере Bafang. // Clever CricketСкачать

        

        Самодельный редукторный электропривод малой продольной 1A62(начало модернизации)Скачать

        

        МЕРТВАЯ болгарка поднимает 1200 кг. МОЩНАЯ самоделка ИЗ ХЛАМА.Скачать

        

        Жесть! Страшное происшествие на стройке!Скачать

        

        6.2 Кинематический расчет приводаСкачать

        

        Трапецеидальные винты. Чем отличаются и как выбрать?Скачать

        

        Стенд для правки дисков (SIVIK) Титан Alu Компакт с электроприводом [официальное видео]Скачать

        

        Как сделать любую шестерёнку для бытовой техники самому, в домашних условияхСкачать

        

        СУПЕР СТАНОК! ОТЛИЧНАЯ ИДЕЯ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ОТ СТИРАЛКИ. Homemade wood lathe.Скачать