Электродвигатели постоянного тока.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением (шунто-вые) получили широкое применение для привода тяжелых станков. Их включают по схеме, показанной на рисунке 33. Обмотка якоря Я подключена к сети через пусковой реостат 1 , а обмотка возбуждения ОВД- через реостат 2, служащий для изменения частоты вращения.

Для электродвигателей постоянного тока момент на валу электродвигателя и частота вращения

где k=0,05 -^0,12 - коэффициент пропорциональности; 1_Я - сила тока в цепи якоря, A; U - напряжение сети, В; Ф - магнитный электрический поток электродвигателя, Вб; г_я - сопротивление цепи якоря, Ом; с - постоянная данного электродвигателя.

Механические характеристики электродвига­теля приведены на рисунке 34. Цифрой 1 обозна­чена линия, соответствующая естественной меха­нической характеристике. Относительно малая ве­личина сопротивления обмотки якоря обуславли­вает достаточную жесткость естественной харак­теристики электродвигателя с параллельным воз­буждением. На рисунке 34 это отражено неболь­шим наклоном линии 1.

Во время работы электродвигателя можно увеличить сопротивление реостата 1', тогда общее

сопротивление цепи якоря возрастает (наклон линии - характеристики увеличит­ся). Таким образом, получают ряд искусственных реостатных характеристик 2, 3, 4.

Потери мощности в цепи возбуждения зависят от мощности электродвигателя. Номинальный ток якоря определяется как разность номинальных значений элек­трического тока электродвигателя и тока возбуждения. Однако ток возбуждения электродвигателя параллельного возбуждения мал, и в расчетах его часто не учи­тывают.

Шунтовые электродвигатели кратковременно могут работать с перегрузкой. Коэффициент допустимой перегрузки Я = 2-н2,5. Величина допустимой кратковре-. менной перегрузки ограничивается появлением значительного искрения под щет­ками.

На рисунке 52 штриховой линией 9 показана механическая характеристика, соответствующая измененной полярности якоря электродвигателя, при которой изменяется направления действия момента в двигательном режиме.

П уск двигателя с параллельным возбуждением производят только с помо­щью пускового реостата. Реостат 1' (рисунок 34) при пуске включается полностью всеми ступенями, тем самым разгоняя электродвигатель по характеристике 4. Со­противления рассчитывают так, чтобы электродвигатель при включении развивал заранее заданный момент mi (обычно mi =2M_H). При разгоне электродвигателя, ко­гда момент уменьшается до заранее принятого значения М₂ (М₂ =М_Н), одну секцию реостата отключают. Электродвигатель при той же скорости переходит на работу по характери­стике 3. Секции реостата постепенно отклю­чают, пока электродвигатель не перейдет на работу по естественной механической харак­теристике. Пуск электродвигатель постоянно­го тока в станках производится автоматиче­ски.

Регулирование частоты вращения электродвигателей постоянного тока можно производить тремя способами: изменением сопротивления в цепи якоря, изменением под­водимого к электродвигателю напряжения и магнитного потока, первый способ малоэко-

номичен и применяется редко.

Регулирование скорости изменением магнитного потока является наиболее распространенным. Величина потока изменяется реостатом 2' (рисунок 34). Уве­личивая его сопротивление, уменьшают ток возбуждения и магнитный поток, что приводит к увеличению частоты вращения. При этом возрастают как скорость хо­лостого хода, так и угловой коэффициент. Таким образом, при уменьшении маг­нитного потока механические характеристики представляют собой ряд прямых ли­ний (5, 6, 7, 8), не параллельных естественной характеристике и имеющих тем больший наклон, чем меньше потокам они соответствуют. Число их зависит от ко­личества секций на реостате Т'. При большом числе секций на регулировочном реостате частота вращения практически регулируется бесступенчато.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения тре­бует применения специальных схем и используется в системах генератор - элек­тродвигатель.

Торможение электродвигателей постоянного тока производится теми жн спо­собами, что и торможение асинхронных электродвигателей. Торможение с рекупе­рацией осуществляется шунтовым реостатом, которым снижают скорость якоря до минимума. При этом электродвигатель работает в режиме генератора, отдающего электрический ток в сеть. Окончательную установку производят отключением электродвигателя от сети.

При торможении электродинамическим способом, получившим наибольшее распространение, якорь электродвигателя отключают от сети и замыкают на нагру­зочное сопротивление, а электрический ток включают через тормозной реостат. . Торможение противотоком производится изменением направления электрического тока в цепи якоря.

ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СТАНКА

Правильное определение мощности электродвигателей металлорежущих стан­ков имеет большое значение. Если мощность электродвигателя недостаточна, то станок не полностью использован и при перегрузках электродвигатель может вый­ти из строя. Слишком большая мощность электродвигателя влечет за собой систе­матическую его недогрузку, а значит, неполное использование электродвигателя, работу его с низким КПД и низким коэффициентом мощности (у асинхронных двигателей).

При работе электродвигатель нагревается. Нагревание происходит путем пре­образования в теплоту той части энергии, которая выделяется в процессе преобра­зования электрической энергии в механическую. Часть подводимой к электродви­гателю мощности расходуется на нагревание обмоток и магнитопровода, другая (значительно меньшая) - на трение в подшипниках. Потеря мощности равна разно­сти мощности, потребляемой из сети, и полезной мощности на валу электродвига­теля. Потеря мощности на нагревание обмоток, пропорциональные квадрату силы тока, называют переменными. Остальные потери условно называют постоянными.

Допустимый нагрев электродвигателя определяется наименее теплостойким материалом конструкции электродвигателя. Таким материалом является изоляция его обмотки.

В отечественных электродвигателях основное применение получала изоляция класса А (хлопчатобумажная изоляция, пропитанная изолирующими составами). Она допускает максимальную температуру нагревания 105°С, однако из-за трудно-

сти измерения максимальной температуры обмотки допускают наибольший нагрев 95 °С при измерении термометром и 100°С при измерении по методу сопротивле­ния.

Определение мощности электродвигателя при постоянной продолжи­тельной нагрузке. Продолжительный режим характеризуется длительным вклю­чением электродвигателя с постоянной или переменной по величине нагрузкой. При продолжительном режиме работы с постоянной нагрузкой температура элек­тродвигателя успевает достичь своего установившегося значения. Этот режим на­блюдается у электродвигателей крупных токарных, карусельных, расточных, зубо-фрезерных и других станков с большой продолжительностью машинного времени отдельных переходов.

Номинальная мощность электродвигателя, работающего в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой, должна равняться мощности, необходимой для работы станка. Практически электродвигателя с номинальной мощностью, точно совпадающей с требуемой, в каталоге обычно нет, поэтому подбирают электродви­гатель с ближайшей большей мощностью.

При известных наибольшей возможной главной составляющей силы резания P_z (вертикальной силе резания при точении), окружной силе на фрезе при фрезеро­вании, силе в направлении резания при строгании, протягивании и т.д. и скорости резания v мощность резания (эффективная мощность, кВт)

Т огда мощность приводного электродвигателя с учетом потерь в механиче­ских передачах станка

где т/ - КПД механическихпередач станка.

Определение мощности электродвигателя при кратковременной нагруз­ке. Кратковременный режим работы характеризуется нагрузкой в течение малого промежутка времени, за который температура электродвигателя не успевает дос­тичь установившегося значения. Это объясняется тем, что периоды нагрузки чере­дуются с длительными периодами остановки, во время которых температура элек­тродвигателя снижается и достигает температуры окружающей среды. Этот режим работы встречается у вспомогательных приводов станков, например, приводов бы­строго перемещения суппортов. Поперечин, бабок, приводов зажима и т.д.

О бычно продолжительность работы таких приводов не превышает 5-15с, а у крупных станков может доходить до 1-1,5 мин. За это время при перегрузке в до­пустимых пределах электродвигатель не успевает нагреться даже до температуры нормального перегрева. Номинальная мощность электродвигателя в данном случае определяется условиями перегрузки. В окончательном виде формула для подсчета номинальной мощности электродвигателя имеет вид

где G - сила тяжести (вес) движущегосяэлемента станка, Н(кгс); ju - коэффициент трения движения; v - скорость перемещения, м/мин; г/ - КПД передачи от электро­двигателя до движущегося элемента; Л - коэффициент перегрузки. Момент сопротивления при трогании с места

где ju₀- коэффициент трения покоя; п₀ - частота вращения вала электродвигателя при холостом ходе, об/мин; з„ - скольжение электродвигателя.

Чтобы выбрать электродвигатель, необходимо определить N_H и М_с. Затем по найденному значению N_H, используя каталог, подобрать электродвигатель, для ко­торого определить пусковой момент М_п и сопоставить его с вычисленным М_с. Если М_П>М_С, то электродвигатель выбран правильно.

Определение мощности электродвигателя при переменной продолжительно нагрузке. Продолжительный режим работы с переменной по величине нагрузкой встречается у станков, имеющих муфту включения (выключения) в цепи главного движения, на которых обрабатывают однотипные детали, а также у многих стан­ков, работающих в автоматических линиях. Электродвигатель в этих станках вра­щается непрерывно. Периоды резания чередуются с холостыми ходами станка, во время которых подводится и отводится инструмент и сменяются заготовки. В связи с этим каждому переходу обработки детали соответствует определенная мощность на валу электродвигателя.

Электродвигатели, применяемые для привода станков, нормированы по про­должительному режиму работы; поэтому для определения необходимой мощности электродвигателя надо найти такой продолжительный режим постоянной по вели­чине нагрузки, который по нагреванию электродвигателя был бы эквивалентен данному режиму прерывистой нагрузки.

Не рассматривая подробно все методы выбора мощности электродвигателя при переменной продолжительной нагрузке, заметим только, что мощность элек­тродвигателя при такой нагрузке можно выбирать методами средних потерь, экви­валентных тока, момента и мощности.

Определение мощности электродвигателя при повторно-кратковремен­ной нагрузке. Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя харак­теризуется короткими периодами нагрузки, за которые которые температура элек­тродвигателя не успевает достичь установившегося значения, а за время кратко­временных отключений электродвигателя от сети он не успевает охладиться до температуры окружающей среды. При таком режиме перегрев электродвигателя изменяется по пилообразной ломанной линии, состоящей из чередующихся отрез­ков кривых нагревания и охлаждения. Этот режим наиболее характерен для приво­дов большинства металлорежущих станков. Время одного цикла не должно пре­вышать 10 мин. Мощность электродвигателя, работающего в повторно-кратковре­менном режиме, наиболее удобно определять по методу средних потерь.

ГИДРООБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Все более широкое распространение получают станки с гидроприводом, кото­рый применяют в качестве привода главного движения и движения подачи станка, для переключения скоростей, торможения, зажима обрабатываемых деталей, авто­матизации управления циклом работы станка и т.д. В таких станках, как, например, шлифовальные, протяжные, копировально-фрезерные, поперечно-строгальные и другие, гидропривод становится основным видом привода.

Широкое применение гидропривода объясняется тем, что он дает возможность бесступенчато регулировать скорости в широких пределах, плавно реверсировать

движущие органы станка, автоматически предохранять его от перегрузки, легко обеспечивать смазку и т.п. Гидрофицированные станки занимают меньшую пло­щадь, их детали и агрегаты можно легко стандартизировать и нормализовать. Не­достатками гидроприводов являются утечка рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры и времени и др.

В гидросистемах имеют место объемные, гиравлические и механические поте­ри. Объемные потери обусловлены результатом утечки рабочей жидкости в гидро­системе, гидравлические - снижением давления (внутренним трением масла), ме­ханические - трением сопряженных поверхностей. Полный КПД гидропривода

где - соответственно объемный,гидравлический и механический КПД

гидропривода.

Нормальная работа гидросистемы во многом зависит от вида рабочей жидко­сти. Жидкость должна обладать достаточной вязкостью, быть однородной, иметь хорошую смазочную способность, предохранять механизмы от коррозии, не окис­ляться, не образовывать отложений, не выделять паров, сохранять свои свойства при изменении температуры, давления скорости и направления движения и должна удовлетворять требованиям пожарной безопасности. Таким требованиям наиболее полно отвечают минеральные масла и их смеси.

Основной характеристикой при выборе и сравнении масел является индекс вязкости, который показывает изменение вязкости масла в зависимости от его тем­пературы. Чем больше индекс вязкости, тем качественнее сорт масла, тем оно чи-. ще. Наилучшим для гидроприводов станков является индекс вязкости масла 90. В станках применяются масла: индустриальное 20, 30, турбинное 22 и др.

Обычно гидропривод металлорежущего станка состоит из следующих состав­ных частей: бака с рабочей жидкостью; насоса, подающего рабочую жидкость в систему; гидроаппаратуры, предназначенной для изменений или поддержания за­данного постоянного значения давления или расхода рабочей среды, либо для из­менения направления потока рабочей среды; гидроцилиндров для прямолинейного движения или гидромоторов для вращательного движения; трубопроводов, соеди­няющих элементы гидропривода в единую систему.

Применяемые в станках гидроприводы работают с давлением масла до 20 МНУм² (200 кгс/см²).

Для вычерчивания гидравлических схем пользуются условными обозначения­ми, основные из которых приведены в таблице 4.