Асинхронные машины общепромышленного применения

ЭДС и частота в обмотке ротора зависят от скорости пересечения вращающим полем проводника об­мотки ротора, т. е. от разности частоты вращения поля nо и ротора n_р. Чем больше разность (n₀ — n_р), тем большая индуцируется э.д.с. и тем выше ее частота изменения. Следовательно, необходимым усло­вием для возникновения в асинхронном двигателе вращающего момента является неравенство (асинхронность) частот вращения n₀ и n_р Именно поэтому двигатель и называется асинхронным (не син­хронным). Разность частоты вращения поля статора и ротора характеризуется коэффициентом скольжения s = (n₀ — n_р) /n₀.

Если асинхронная машина нормального исполнения, то при номи­нальном режиме работы скольжение должно быть в промежутке 0,01—0,1. С появле­нием нагрузки на валу двигателя оно повышается, что вызывает увеличение тока в обмотке ротора, а следовательно, и электромаг­нитного момента. Чем ниже величина скольжения, тем экономичнее работает двигатель. Вращающееся поле, которое создает обмотка статора, может быть двухполюсным, четырехполюсным и т. д. Число пар полюсов – определяют при проектировании обмотки статора. При одной и той же частоте тока в обмотке статора многополюсное поле будет вращаться медленнее, пропорционально числу пар полюсов, что часто используется при ступенчатом регу­лировании частоты вращения.

Важными эксплуатационными характеристиками асинхронных машин, работающих в приводах главного движения станков, являются их максимальная перегрузочная способность и кратность пускового момента (отношение максимального момента к номинальному).

Перегрузочной способностью К_м называют отношение максималь­ного момента М_тах,, развиваемого двигателем, к номинальному М_н. Это отношение составляет обычно К_и = М_тах/М_н = 1,8 — 2,5. Мо­мент, развиваемый двигателем при пуске (n_р= 0), называется пус­ковым моментом.

Отношение пускового момента к номинальному называют крат­ностью пускового момента К_п = М_пуск/М_н. Кратность пускового момента составляет 1,1 —1,8.

Чем выше перегрузочная способность К_м, тем выше способность двигателя к перегрузкам. Больший пусковой момент Кп соответ­ствует двигателям со значительным моментом нагрузки на валу.

Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором со­провождается довольно большим скачком пускового тока. Он иногда может в семь-десять раз превышать номинальный. Обычно двигатели малой мощности пускают прямым пуском.К числу таких двигателей относятся и двигатели приводов металлорежущих станков. Пуск мощных асинхронных приводов сопровождается большой просадкой напряжения, поэтому их пуск производят через различные пусковые устройства или пускают на холостом ходу.В некоторых механизмах иногда требуется плав­ный разгон двигателя. В этом случае наиболее эффективен пуск с помощью тиристорного блока управления, позволяющего плавно уве­личивать частоту питающего напряжения.

Скорость вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором как правило регулируют либо изменением числа пар полюсов, либо изменяют частоту и величину питающего напряжения на статоре машины. Первый способ позволяет довольно просто осуществить лишь ступенчатое регулирование, причем чем больше число пар полюсов обмотки, тем ниже частота вращения. При втором способе достигается плавность регулирования в широком диапазоне, но тре­буются специальные сложные и дорогостоящие электронные системы управления.

На станках применяют в основном общепромышленные асинхрон­ные двигатели единых серий 4А и АИ (рис. 2.4).

Диапазон мощности выпускаемых двигателей единых серий пол­ностью обеспечивает все потребности станкостроения. В состав этих серий также входят асинхронные двигатели специального исполнения: с повышенной точности по установочным раз мерам; со встроенным электромагнитным тормозом; с повышенным пусковым моментом.

В маркировке асинхронного двигателя указывается его конструк­тивное исполнение, материал подшипниковых щитов и станины, высота оси вращения, установочные размеры, число пар полюсов и климатическое исполнение. Например, 4А80А2УЗ — асинхронный электродвигатель четвертой серии (4А). Тип исполнения — закры­тое (А), высота оси вращения 80 мм, количество пар полюсов — два (2) исполнение для умеренного климата (УЗ).

Во многих станках для подачи масла и охлаждающих жидкостей широко применяются электронасосы серий П и ПА, объединяющие в едином корпусе центробежный насос и нерегулируемый приводной асинхронный двигатель. Мощность и соответственно габаритные раз­меры электронасосов зависят от количества жидкости, подаваемой в единицу времени. Обычно их мощность составляет 0,1—0,6 кВт.

Электрошпиндели

К асинхронным электродвигателям относятся также широко

Рис.2.5. Электрошптндель

где: 1 — вал, 2 — ротор, 3 — подшипники, 4 — отверстие для подвода воздуха, 5 — трубка, 6 — воздушная камера, 7, 8, 9 — воздушные каналы, 10 — штуцер, 11 — подпятник, 12 — канал отработанного воздуха.

используемые в шлифовальных станках электрошпиндели. Элек­трошпиндель представляет собой встроенный асинхронный электродвигатель, на валу которого без промежуточных передач закреплен шлифовальный круг. Частота вращения электрошпинделей составляет 13 000—14 000 об/мин и выше. Столь высокая частота вращения достигается путем питания статорной обмотки токами высокой частоты. Поэтому электрошпиндели управляются специаль­ными устройствами, преобразующими токи промышленной частоты (чаще всего 50 Гц) в токи высокой частоты (до 1000—2000 Гц).

Одним из наиболее важных узлов, ограничивающих допустимую частоту вращения шпинделя, являются опоры, в которых он враща­ется. В настоящее время применяют опоры обычно трех видов: гидравлические, шариковые и воздушные. Наименьшими потерями и наибольшей долговечностью обладают электрошпиндели на воздушных опорах. На рис. 2.5 изображен разрез такого электрошпинделя.

Вал 1 встроенного электродвигателя вращается в подшипниках 3 с воздушной смазкой. Между торцом вала и подпятником 11 созда­ется воздушная подушка. Подшипники 3, состоящие из латунных вставок и графитовых вкладышей, вклеены в передний и задний щиты корпуса электрошпинделя. Через штуцер 10 и каналы 9, 7 воз­дух подается в камеру 6, откуда поступает в смазываемый зазор между вращающейся и неподвижной поверхностями. К переднему подшипнику воздух подводится через трубку 5 и отверстие 4. Отра­ботанный воздух отводится по каналу 12. Для нормального безаварийного пуска электрошпинделя, в него подают воздух, для образования воздушной подушки между вкладышами и шпинделем. Данные подушки предназначены для устранения трение и уменьшения износа подшипников при пуске, создают также плавность вра­щения шпинделя.

В качестве преобразователей частоты для питания высокоскорост­ных двигателей электрошпинделей применяют как электромашинные (серии ГИС), так и электронные статические преобразователи час­тоты.

В связи с прогрессом в области создания электронных преобра­зователей частоты асинхронные электродвигатели находят приме­нение не только в главных приводах, но и благодаря возможности плавного регулирования их частоты вращения в широких пределах в приводах подач современных металлорежущих станков.