книги из ГПНТБ / Комаров, А. Ф. Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков

где Мэф — эффективный пусковой момент, учитывающий непостоянство момента двигателя в процессе разгона,

ющий инерционность (сопротивление изменению скорости)

нагрузки на валу равен 0,5 кгс-м; добавочный маховой момент на валу ротора составляет 0,5 GD2; время разгона может быть рассчитано следующим образом:

естественно, временем действия в обмотках пусковых токов различают легкий, средний и тяжелый пуск.

Поскольку важно уменьшить количество тепла, выде­ ляющееся за единицу времени разгона (средние потери), иногда идут по пути уменьшения силы тока, что приводит к некоторому увеличению времени разгона. В практике принято считать, что при величине пускового тока / п = 4/н

10

Сеть

Рис. 3. Схема пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник

средним условиям пуска. Пуск асинхронных двигателей небольшой мощности осуществляется непосредственным включением их в сеть под нагрузкой. К таким относят двигатели, мощность которых не превышает 5% устано­ вленной мощности трансформаторов цеховой подстанции. Снижение напряжения в цеховой сети при пуске двига­ теля незначительно.

Для более крупных двигателей применяют специальные меры по уменьшению величины пускового тока: пуск двигателя вхолостую с последующим включением на­ грузки, включение на время пуска добавочных сопроти­ влений в цепи обмотки статора, переключение обмотки статора со звезды на треугольник. Наиболее широко в при­ водах станков используется последний способ. Схема пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник приведена на рис. 3. Во время пуска обмотка статора включена в звезду, а после того, как скорость двигателя достигнет требуемого значения, обмотка статора переключается на треуголь­ ник. Эта схема позволяет уменьшить величину пускового

тока в / 3 раз по сравнению с величиной силы тока при непосредственном пуске двигателя.

Управление пуском асинхронного двигателя иногда необходимо для обеспечения плавного, безударного и функционального разгона. При плавном разгоне стре­ мятся, чтобы нарастание вращающего момента на валу

11

двигателя от нуля до полной величины происходило за время, достаточное для предотвращения ударов и колеба­ ний в кинематической цепи. Для осуществления безудар­ ного разгона надо устранить паразитные знакоперемен­ ные моменты, имеющие частоту 50 Гц и превышающие зна­ чение номинального момента в 5 раз и более. Функцио­ нальный разгон обеспечивает требуемую зависимость скорости от времени в процессе всего разгона.

Плавность разгона необходимо обеспечивать в меха­ низмах с достаточно длинной кинематической цепью. Дело в том, что все звенья кинематической цепи обладают упругостью и при резком приложении момента начинают совершать колебательное движение, отрицательно ска­ зывающееся на качестве обрабатываемой поверхности и долговечности зацеплений. Безударный разгон необхо­ дим в прецизионных станках, поскольку паразитные моменты при пуске отрицательно сказываются на сохране­ нии точности во времени. Известны случаи поломок в си­ ловой кинематике из-за действия указанных паразитных моментов, например на некоторых фрезерных станках Горьковского завода. Функциональный разгон необходим либо в тяжелых станках, где за время разгона требуется осуществлять некоторые вспомогательные операции, либо в сложных копировальных системах для синхронизации нескольких движений.

Плавный безударный и функциональный виды разгона наиболее просто осуществимы в асинхронных тиристор­ ных электроприводах. До настоящего времени удавалось обеспечить только плавный разгон путем введения в ли­ нейный провод одного или трех равных резисторов. Сопротивление резисторов при этом должно быть от 0,1

до 0,25ДномО м (я,юм = ^ ) .

Регулирование скорости асинхронных короткозамкну­ тых двигателей может быть осуществлено тремя спосо­ бами: изменением частоты и напряжения на зажимах дви­ гателя, изменением напряжения при постоянной частоте и изменением числа пар полюсов. Первый способ регули­ рования находит применение благодаря управляемым диодам (тиристорам), однако не получил широкого рас­ пространения из-за сложности и высокой стоимости пре­ образовательных установок. Второй способ также не по­ лучил распространения из-за отсутствия хороших пре­ образователей. Однако в некоторых особых случаях

12

(в системах вспомогательного привода с малым значением нагрузочного момента, в системах позиционного привода при благоприятном соотношении между продолжитель­ ностью работы и паузой и даже в системах главного при­ вода и привода подачи для получения вспомогательных движений) этот способ регулирования скорости может оказаться очень полезным. Третий способ наиболее рас­ пространен. Регулирование изменением числа пар полю­ сов в отличие от первых двух бесступенчатых способов является ступенчатым, так как число пар полюсов —

число целое: п = , где f — частота питающей сети;

р — число пар полюсов.

Наиболее просто получить два разных числа пар по­ люсов путем установки на статоре асинхронного двига­ теля двух независимых обмоток. Однако существует ряд схем переключения проводников обмотки статора, при которых одна и та же обмотка создает различные числа пар полюсов, например при последовательном соединении двух катушек обмотки статора получают две пары полю­ сов, а при параллельном соединении этих же катушек — одну пару полюсов (рис. 4). У двухскоростных двигателей широко используют метод получения двух скоростей с по-, мощью переключения схемы соединения двух обмоток (рис. 4, б). При малых скоростях обмотки включаются в треугольник, при больших — в двойную звезду. Статор трехскоростного двигателя имеет две отдельные обмотки, одна из которых обеспечивает две скорости путем описан­

Помимо указанных трех способов регулирования ско­ рости, в металлорежущих станках нашли применение также специальные способы регулирования скорости для использования в некоторых вспомогательных режимах работы. К ним относятся: а) получение ползучей скорости при пропускании по обмоткам машины постоянного и пе­ ременного тока одновременно и б) получение шагового режима при попеременном подключении обмоток статора асинхронного двигателя к источнику постоянного напря­

13

Рис. 4. Регулирование частоты вращении асинхроа ных двигателей:

а — изменением числа пар полюсов; б — переключением обмоток статора с треугольника на двойную звезду

(кривая 4). Благодаря «жесткому» участку на характе­ ристике динамического торможения суммарная механи­ ческая характеристика (кривая 3) имеет жесткий участок в области ползучих скоростей (0-^0,15) пном.

Шаговый режим работы асинхронного двигателя осу­ ществляется путем переключения постоянного тока из одних обмоток статора в другие (рис. 6, а). При этом происходит поворот магнитного поля (рис. 6, б), которое увлекает за собой ротор. После отключения клеммы В от источника и подключения клеммы С вектор магнитного потока в зазоре машины поворачивается на угол 30 элек­ трических градусов. Ротор также стремится, следуя за вектором намагничивающей силы, повернуться на та­ кой же угол. Различные сочетания включения обмоток позволяют обеспечить углы поворота 120, 60, 30, 15, . . .

14

г)

Торможение асинхронных двигателей применяют с целью уменьшения времени их останова. Различают три основных способа торможения: динамическое, конденса­ торное, торможение противовключением и несколько комбинированных (индукционно-динамическое, конденса­ торно-динамическое, двухтоковое и т. д.).

Динамическое торможение осуществляют отключением двигателя от сети и подключением на две фазы обмотки статора постоянного напряжения от постороннего источ­ ника. При этом ротор по инерции вращается в неподвиж­ ном поле статора, в обмотке ротора наводится трехфазный переменный ток. Двигатель работает как синхронный генератор. Поскольку обмотка ротора замкнута нако­ ротко, энергия, запасенная инерционными массами ро­ тора, превращается в теплоту.

Эффективность динамического торможения опреде­ ляется силой тока в обмотках статора. Практически нет смысла увеличивать ток выше 1,5—2 от номинального тока двигателя: магнитная цепь машины насыщается и тормозной момент остается практически одним и тем же — максимальным, при котором время торможения примерно равно или несколько больше времени разгона. Динами­ ческое торможение обеспечивает плавное снижение ско­ рости двигателя до нуля. При этом виде торможения на валу наблюдаются знакопеременные моменты, если двигатель подключать к источнику постоянного тока несимметрично (рис. 7, а, б, г). При симметричном под­ ключении двигателя (рис. 7, в, д) знакопеременных мо­ ментов нет, но торможение менее эффективно (время тор-

-0

+

Рис. 7. Способы подключе­ ния постоянного тока к дви­ гателю при динамическом торможении

16

держкой времени размыкается замыкающий контакт РВ

иотключается 2К.

2.Без реле напряжения (рис. 8, г). При нажатии кнопки «Стоп» отключаются контактор 1К и реле вре­ мени РВ. Размыкающий контакт JK включает пуска­ тель 2К■После окончания торможения разрывается замы­ кающий контакт реле РВ и двигатель отключается от источника постоянного тока.

Вкачестве реле времени может быть использовано теле­ фонное реле, шунтированное R — С-цепочкой (рис. 8, д) либо пневматическое (штриховая линия на рис. 8, г).

Конденсаторное торможение двигателей осуще­ ствляется следующим образом. К зажимам обмоток ста­ тора двигателя подключают конденсаторы (рис. 9), кото­ рые в рабочем режиме повышают коэффициент мощ­ ности (cos ф) сети. После отключения пускателя К и дви­ гателя от сети возникает генераторный режим самовозбу­ ждения, тормозные механические характеристики кото­ рого для разных значений емкости показаны на рис. 10. Обычно частота токов статора низка (составляет 2—5% от частоты питающей сети), следовательно, частота враще­

ния магнитного поля статора будет невысокой (60— 150 об/мин). Скорость двигателя быстро снижается, и при скорости, равной скорости вращающегося поля токов разряда, торможение прекращается. Если на валу дви­ гателя нет достаточной механической нагрузки, конден­ саторное торможение не может обеспечить полной оста-

Сеть

нрmax

я 0,5 мртш

18

Таблица 1

новки двигателя, поэтому этот вид торможения исполь­ зуют совместно с другими видами, обычно с динамиче­ скими (рис. 11) или с торможением коротким замыканием обмоток статора (рис. 12). На обоих рисунках штриховой линией показано, как подключать пневматические реле времени, если необходимо исключить из схемы телефон­ ные реле, требующие установки дополнительного источ­

напряжение. Данные конденсаторной батареи для схем рис. 11 и 12 приведены в табл. 1.

Конденсаторное торможение применяют для двигате­ лей, мощность которых не превышает 4—5 кВт, так как для более крупных двигателей значительно возрастают затраты на монтаж и эксплуатацию конденсаторных уста­ новок..

Торможение противовключением основано на исполь­ зовании наиболее тяжелого для двигателя режима: вклю­ чения его в противоположном направлении (рис. 13). Для некоторого уменьшения токов и ударных моментов в линейные провода иногда включают сопротивления по симметричной (а) или несимметричной (б) схемам. Двига­ тель от сети отключается с помощью реле контроля ско­ рости РКС. Ударные знакопеременные моменты, возни­ кающие при противовключении, могут быть устранены путем создания некоторого интервала времени между отключением пускателя прямого направления вращения и включением пускателя противовключения. В схеме

19