Elektrische Welle und ihre Anwendung im elektrischen Antrieb von Metallschneidemaschinen

Der Artikel bespricht das Gerät, das Funktionsprinzip und Beispiele für den Einsatz elektrischer Systeme zur Synchronrotation (elektrische Welle) in Metallbearbeitungsmaschinen und -anlagen.

Gehen Sie davon aus, dass zwei Wellen, die nicht mechanisch miteinander verbunden sind, mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren sollen, ohne sich relativ zueinander zu drehen. Um eine solche synchrone und gleichphasige Drehung mit den Motoren D1 und D2 zu gewährleisten, die die Wellen A bzw. II drehen (Abb. 1), verbinden Sie die Hilfsasynchronmaschinen A1 und A2 mit Phasenrotoren. Die Rotorwicklungen dieser Maschinen sind gegeneinander verschaltet.

Wenn die Drehzahlen der beiden Maschinen und die Positionen ihrer Rotoren gleich sind, sind die in den Wicklungen der Rotoren der Maschinen A1 und A2 induzierten elektromotorischen Kräfte gleich und aufeinander gerichtet (Abb. 2, a) und der Strom fließt nicht im Rotorkreis.

Nehmen Sie an, dass die Drehrichtung des Feldes der Hilfsmaschinen mit der Drehrichtung ihrer Rotoren übereinstimmt.Wenn sich die Rotation der Maschine A2 verlangsamt, bleibt ihr Rotor hinter dem von A1 zurück, was zu z. usw. c. Ep2, das in der Rotorwicklung induziert wird, verschiebt sich in der Phase zum Vorschub (Abb. 2, b) und im Rotorkreis der Maschinen A1 und A2 unter der Wirkung der Vektorsumme von e. usw. mit E erscheint der Ausgleichsstrom Az.

Reis. 1. Schema der synchronen Kommunikation

Reis. 2. Vektordiagramme des synchronen Kommunikationssystems

Der aktuelle Vektor I wird dem Vektor e nacheilen. usw. mit E im Winkel φ... Aktuelle Vektorprojektion Az auf den Vektor e usw. v. Ep2 stimmt in der Richtung mit diesem Vektor überein. Die Projektion des aktuellen Vektors auf den Vektor e. usw. S. Ep1 richtet sich an ihn. Daraus folgt, dass Maschine A2 im Motormodus und Maschine A1 im Generatormodus betrieben wird. In diesem Fall wird die Welle der Maschine A2 beschleunigt und die Welle der Maschine A1 abgebremst. Auf diese Weise entwickeln die Maschinen Drehmomente, die die synchrone Drehung der Wellen wiederherstellen. I und II und die bisherige koordinierte Lage der Rotoren der Maschinen A1 und A2 im Raum. Die Rotoren dieser Maschinen können sich sowohl in der Drehrichtung des Feldes als auch in der Gegenrichtung drehen.

Dieses System wird als elektrisches Synchronrotationssystem bezeichnet. Es wird auch als elektrische Welle bezeichnet. Das Synchronrotationssystem kann beispielsweise Leitspindeln in Spindeldrehmaschinen ersetzen.

Da die Vorschubkreise von Metallschneidemaschinen im Vergleich zu den Hauptbewegungskreisen in der Regel wenig Strom verbrauchen, kann ein einfacheres Schema der Synchronrotation verwendet werden, um die Hauptbewegung mit dem Vorschub zu synchronisieren (Abb. 3).In diesem Fall ist eine ständige Fehlanpassung zwischen den Positionen der Rotoren der Maschinen A1 und A2 unvermeidlich, ohne die kein Strom im Rotorkreis der Maschine A2 fließen würde und diese das Moment der Widerstandskräfte nicht überwinden könnte den Versorgungskreis. Da die A2-Maschine Strom vom Stator und Rotor erhält, erfordert dieses elektrische Wellensystem eine sechsadrige Verbindung zum Motor, der in vielen Fällen auf einem beweglichen Maschinenblock installiert ist, der normalerweise in der Abbildung mit der gestrichelten Linie dargestellt ist.

Reis. 3. Synchrone Kommunikationssysteme einer schweren Spindeldrehmaschine

Innerhalb der Winkelabweichung, die 90° nicht überschreitet, erhöht sich das elektrische Synchronmoment. Um ein signifikantes Synchronisationsdrehmoment zu gewährleisten, müssen Synchronkommunikationsmaschinen bei allen möglichen Drehwinkelfrequenzen mit großen Schlupfen (nicht weniger als 0,3 – 0,5) arbeiten. Daher müssen diese Maschinen groß genug sein, um eine unzulässige Erwärmung zu vermeiden.

Um den Einfluss von Lastschwankungen und Reibungskräften zu eliminieren, wird die Leistung der Maschinen weiter erhöht. Es werden auch mechanische Getriebe verwendet, die die Drehzahl der Maschinenwellen reduzieren und dementsprechend die Größe des Winkelfehlers an der Maschinenwelle verringern. Vor Inbetriebnahme werden die Asynchronmaschinen A1 und A2 mit der elektrischen Welle verbunden eine einphasige Stromversorgung. Dabei nimmt der Rotor der Maschine A2 seine Ausgangsposition ein, die der Position des Rotors der Maschine A1 entspricht.

Synchrone Rotationssysteme werden sinnvollerweise für schwere Metallzerspanungsmaschinen eingesetzt, da die Herstellung von langen Gewindespindeln mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.Darüber hinaus nimmt mit zunehmender Länge der Schrauben bzw. Wellen aufgrund ihrer Verdrehung die Genauigkeit der Abstimmung der gegenseitigen Anordnung der Maschinenteile ab. Bei einem elektrischen Wellensystem kann der Abstand zwischen den Wellen keinen Einfluss auf die Genauigkeit des Vorgangs haben.

Bei Verwendung einer elektrischen Welle entfallen die mechanischen Verbindungen der Bremssättel mit der Spindel und das kinematische Diagramm wird stark vereinfacht. Ein wesentlicher Nachteil elektrischer Wellensysteme in schweren Metallzerspanungsmaschinen ist die Möglichkeit einer Beschädigung eines teuren Teils bei einem Stromausfall, da es sofort zu einer Fehlausrichtung kommt. In manchen Fällen kann bei einem solchen Unfall eine Beschädigung des Werkstücks durch einen schnellen automatischen Rückzug des Werkzeugs verhindert werden.

Für den Maschinenbau interessant ist ein Schema mit zwei identischen Asynchronmotoren mit Phasenrotoren (Abb. 4). Da der Stromkreis beider Rotoren zum Rheostat R geschlossen ist, beginnen sich beide Rotoren zu drehen, wenn die Motoren an das Wechselstromnetz angeschlossen werden.

Reis. 4. Schema der synchronen Kommunikation mit einem Rotationsreostat

Zusätzlich zu den Strömen, die in den Rotor- und Rheostatwicklungen fließen, fließt ein Ausgleichsstrom im Rotorkreis beider Maschinen. Durch das Vorhandensein dieses Stroms entsteht ein Synchrondrehmoment, wodurch sich die Maschinen synchron drehen. Mit diesem System können die Querarme großer Hobelmaschinen, Oberfräsen und Karussells angehoben und abgesenkt werden.

Dank des elektrischen Wellensystems wird das Problem der koordinierten Bewegung von Förderern, die Teil eines Produktionskomplexes sind, gelöst.Die praktischste Anwendung ergibt sich in diesem Fall aus der Variante der synchronen Drehung von Motoren mit einem gemeinsamen Frequenzumrichter.

Neben den betrachteten elektrischen Wellensystemen für den Maschinenbau wurden weitere Wechselstrommaschinensysteme entwickelt und eingesetzt, darunter Einphasensysteme und Systeme mit Synchronmotoren besonderer Bauart.