АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Подавляющее большинство металлорежущих станков приводится в движение асинхронными электродвигателями трехфазного тока. Они отличаются простотой, надежностью и малой стоимостью.

Конструктивные формы асинхронных электродвигателей определяются спо­собом их крепления и формой защиты от воздействия окружающей среды. Элек­тродвигатель нормального исполнения на лапах показан на рисунке 29, а. Широко применяют фланцевые электродвигатели (рисунок 29, б) для горизонтальной и вер­тикальной установок. Пример встроенного электродвигателя приведен на рисунке 30. В этом случае валом электродвигателя служит один из валов станка (часто шпиндель).

Применяемые в станках электродвигатели имеют различные формы защиты от воздействия окружающей среды. Для предот­вращения внутрь электродвигателя посторон­них предметов, а также для соблюдения техни­ки безопасности электродвигатели имеют ре­шетки. У некоторых электродвигателей делают вентиляционные отверстия, обращенные к низу или расположенные в вертикальных плоско­стях, для защиты от попадания жидкости. Ряд

электродвигателей изготавливают без вентиляционных отверстий, т.е. закрытыми. Однако они имеют тот недостаток, что вследствие плохого охлаждения их мощ­ность значительно меньше, чем мощность электродвигателей с защитными устрой­ствами таких же размеров. Выпускают закрытые обдуваемые электродвигатели, у которых имеется наружный вентилятор, закрытый клапаном, прикрывающий конец вала электродвигателя, противоположный шкиву. Обдуваемые электродвигатели наиболее часто применяют в станках.

Рисунок 30. Встроенный электродвигатель шлифовального станка

Электродвигатели рассчитаны на напряжение 127, 220 и 380 В. один и тот же электродвигатель можно включать в сети с разными напряжениями, отличающи­мися в л/3 раз, например, в сети с напряжением 127 и 220, 220 и 380 В. При этом для меньшего из этих двух напряжений статор электродвигателя включают треугольником, для большего - звездой. Ток в фазовых обмотках электродвигателя в обоих случаях будет при таком включении один и тот же. Кроме того, выпускают электродвигатель на 500 В. Обмотка статора электродвигателей для напряжения 500 В включается на постоянное соединение звездой.

Рисунок 31. Электрошпиндель на подшипниках качения:

1 - пакет статорного железа; 2 - задний щит; 3 - обмотка статора; 4 - пакет жести ротора; 5 - корпус; 6 -

передний щит; 7 - шпиндель

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором выпускают с номинальной мощностью 0,6-100 кВт на синхронные частоты вращения 600, 700, 1000, 1500, 3000 об/мин. Частоту вращения асинхронного электродвигателя можно повысить, увеличив частоту переменного тока. При шлифовании отверстий малого

диаметра для получения необходимой скорости резания нужны очень высокие час­тоты вращения шлифовальных шпинделей. Например, при шлифовании кругом диаметром до 3 мм со скоростью 30 м/с частота вращения шпинделя должна быть равна 200 000 об/мин. Для этих целей часто применяют так называемые электро­шпиндели (рисунок 31). Электрошпиндель представляет собой шлифовальный шпиндель с встроенным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем по­вышенной частоты. Широко используют электродвигатели на подшипниках с воз­душной смазкой.

Механическая характеристика электродвигателя - это зависимость частоты вращения п от момента М на его валу

Электродвигатели бывают с мягкой, жесткой и абсолютно жесткой механиче­ской характеристикой. У электродвигателей с мягкой характеристикой изменение момента вызывает значительное изменение частоты вращения его вала. Если это изменение не влечет за собой заметного изменения частоты вращения, характери­стика называется жесткой. При абсолютно жесткой характеристике частота вра­щения электродвигателя не зависит от нагрузки.

Механическая характеристика электродвигателя характеризуется скольжением s, которое выражает относительное снижение частоты вращения электродвигателя при переходе от холостого хода (М=0) к наибольшей (критической) нагрузке (М=М_К):

где п₀ - скорость вращения магнитного поля (синхронная частота вращения элек­тродвигателя), 1/с и об/мин; п - частота вращения ротора (асинхронная).

Скольжение электродвигателя выражается в процентах или долях единицы.

Момент асинхронного электродвигателя приближенно может быть определен по формуле

где М_к - критический (наибольший нагрузочный) момент электродвигателя; s_k -критическое скольжение, соответствующее моменту М_к.

На рисунке 32 показаны механические ха­рактеристики асинхронного электродвигателя, построенные по формуле крутящего момента. При п=п₀ момент М=0. Этот случай синхрон­ного вращения соответствует идеальному хо­лостому ходу машины. В первый момент пуска электродвигателя, когда ротор еще неподви­жен и s=l, электродвигатель развивает пуско­вой (начальный) момент М_п, который больше номинального момента М_н. Значения М_к и s_k определяют критическую точку (максимум) механической характеристики.

Участок характеристики от точки идеального холостого хода до критической точки называют рабочей частью механической характеристики. Только на этом участке возможна устойчивая работа асинхронного электродвигателя при моменте нагрузки, независящем от скорости вращения (как это обычно имеет место в ме-

таллорежущих станках). Величина номинального скольжения зависит от номи­нальной мощности, типа электродвигателя и находится в пределах 0,02-0,12; при этом электродвигатели большей мощности имеют меньшую величину скольжения.

Кроме асинхронных электродвигателей нормального исполнения выпускают электродвигатели с повышенным скольжением (0,07-0,16) и пусковым моментом. Электродвигатели с нормальным скольжением имеют жесткую характеристику и применяются в большинстве станков, а электродвигатели, с повышенным скольже­нием имеют мягкую характеристику и применяются в приводах станков с частым включением электродвигателя и значительной нагрузкой при пуске. На рисунке 32 кривая 1 соответствует электродвигателю с жесткой характеристикой, а кривая 2 -с мягкой. При прочих равных условиях электродвигатель с мягкой характеристи­кой имеет меньшую номинальную частоту и больший пусковой момент М_п. На ри­сунке 32 точка А соответствует номинальной нагрузке.

В каталогах обычно приводят основные данные асинхронных двигателей: но­минальная мощность на валу N_H, кВт; номинальная частота вращения п, об/мин;

синхронная частота вращения п₀, об/мин; отношения(где М_н и М_п - со-

ответственно номинальный и пусковой моменты электродвигателя). Величина но­минального момента

Кратность критическогомомента - это величина, определяющая допустимую механическую перегрузку электродвигателя

Величина критического момента зависит от напряжения сети. Так как напря­жение может колебаться, то наибольший допустимый момент перегрузки обычно принимают 0,85 М_к. Кратность пускового момента у короткозамкнутых асинхронных двигателей бщепромышленного примененияЭлектродвигатели главного привода пускают без нагрузки, поэтому пусковой момент достаточен. Для элек-тродвигателей, включаемых работу под нагрузкой, необходим большой пусковой момент.

Пуск асинхронных двигателей. При пуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором пусковой электрический ток превышает номинальный в 4 - 8 раз. Толчок пускового электрического тока вызывает в сети понижение напряжения. Если при пуске электродвигателя большой мощности напряжение значительно понизится, то уменьшится его пусковой момент, а другие электродвигатели, работающие в это время с перегрузкой, могут остановиться (перейти в режим короткого замыкания). Поэтому асинхронный электродвигатель можно пускать без применения средств, ограничивающих пусковой электрический ток, лишь в том случае, когда номинальная мощность электродвигателя составляет не более 25% мощности трансформаторов, питающих сеть цеха. Асинхронные электродвигатели с фазовым ротором запускают с помощью реостата, включенного в це^&рупидование скорости вращения электродвигателей. Частота вращения ротора асинхронного короткозамкнутого электродвигателя

где f - частота переменного тока, Гц; р - число пар полюсов статора электро­двигателя; s - скольжение ротора.

Из формулы видно, что частоту вращения ротора можно регулировать изме­нением частоты электрического тока, скольжения или числа пар полюсов. Первым способом можно регулировать частоту вращения только при наличии отдельного генератора переменного тока для питания электродвигателя. Во всех остальных случаях частота переменного тока в сети является постоянной величиной. Регули­рование частоты вращения путем изменения скольжения осуществляется введени­ем активного сопротивления в цепь ротора, что возможно только у электродвига­телей с фазовым ротором.

Наиболее широкое применение в металлорежущих станках (особенно в мно­госкоростных электродвигателях) получил способ регулирования частоты враще­ния изменением числа пар полюсов.

Торможение электродвигателей может производиться механическим или электрическим способами. К электрическим методам торможения относятся тор­можение с рекуперацией, электродинамическое торможений, торможение противо­током и др.

Торможение с рекуперацией возможно только для многоскоростных электро­двигателей. Сущность его заключается в том, что электродвигатель, оставаясь не отключенным от сети электрического тока, переключается на низшую скорость, в результате чего он переходит на генераторный режим и отдает в сеть электриче­скую энергию, благодаря чему электродвигатель тормозится и приближается к ре-, жиму переключенной низшей скорости. Дальнейшее торможение осуществляется механическим или другими способами. Электродинамическое торможение произ­водится дополнительной подачей в обмотку статора постоянного тока, в результате чего в статоре возникает постоянное магнитное поле, которое тормозит вращаю­щееся магнитное поле и останавливает электродвигатель. После полной остановки электродвигатель особым устройством автоматически отключается от сети.

Торможение противотоком (противовключение) осуществляют переключени­ем двух фаз обмотки статора. При этом меняется направление вращающегося маг­нитного поля, которое действует на вращающийся по инерции ротор и тормозит его. В конце торможения электродвигатель автоматически отключается от элек­трической сети. Этот способ имеет широкое применение в станках в силу его про­стоты и надежности.

Реверсирование электродвигателей производят переключением любых двух внешних зажимов (фаз) электродвигателя.