Prednosti uporabe motorjev z več hitrostmi

Zamenjava običajnih enostopenjskih motorjev z večstopenjskimi v mnogih primerih bistveno izboljša tehnološke in operativne lastnosti strojev in strojev za rezanje kovin ter zmanjša delovno intenzivnost njihove proizvodnje.

Uporabljajo se motorji z več hitrostmi:

• v strojnih pogonih in strojih za rezanje kovin, katerih hitrost je zaželeno spreminjati glede na velikost, trdoto in druge fizikalne lastnosti obdelovanega materiala ali glede na tehnološke dejavnike. Sem spadajo stroji za rezanje kovin in les, centrifugalni separatorji, strgači in drugi mehanizmi za različne namene;

• v strojih, strojih za rezanje kovin in mehanizmih z različnimi hitrostmi delovanja in prostega teka (žage);

• za zagon in ustavitev brez ostrih udarcev na mizah s precejšnjim zagonom (dvigala, dvigala). V tem primeru delovni proces poteka pri najvišji hitrosti vrtenja, zagon in zaustavitev mehanizma pa pri nizkih vrtljajih, pogosto z avtomatskim preklopom števila polov;

• v strojnih pogonih in obdelovalnih strojih z močjo, ki se spreminja glede na čas dneva, letni čas itd. (črpalke, ventilatorji, tovorne naprave, transporterji itd.);

• v strojnih pogonih z več različnimi nameni, od katerih vsak zahteva drugačno hitrost, na primer oprema za naftne vrtine, kjer se najnižja hitrost uporablja za črpanje nafte in najvišja hitrost se uporablja za namestitev cevi;

• v mehanizmih, katerih sprememba hitrosti je določena s porabljeno močjo. Primer so ploščate valjarne, kjer se na začetku, s precejšnjo deformacijo kovine, valjanje izvaja pri nizki hitrosti, končna obdelava pa pri visoki hitrosti.

• v blokih, kjer se poleg regulacije hitrosti vrtenja motorja s preklapljanjem števila polov izvaja dodatno povečanje omejitve regulacije hitrosti s spreminjanjem frekvence napajalnega omrežja.

Zahvaljujoč uporabi motorjev z več hitrostmi v električnih pogonih strojev in strojev za rezanje kovin je mogoče:

1) poenostavitev zasnove strojev na izključitev menjalnikov in napajalnikov;

2) povečanje zmogljivosti, produktivnosti in enostavnosti vzdrževanja strojev za rezanje kovin;

3) izboljšanje kakovosti strojne obdelave z zmanjšanjem vibracij in zmanjšanjem netočnosti pri delovanju mehanizmov z velikim številom zobnikov;

4) povečanje učinkovitosti stroja z zmanjšanjem vmesnih členov kinematične verige;

5) spreminjanje hitrosti v gibanju brez ustavljanja stroja;

6) poenostavitev samodejnega upravljanja procesov zagona, zaustavitve, vzvratne vožnje in zaustavitve;

7) poenostavitev avtomatskega upravljanja načinov obdelave glede na tehnološke dejavnike.

Zagon motorja pri nižjih vrtilnih frekvencah ima tudi to prednost, da bo absolutna vrednost zagonskega toka v tem primeru praviloma manjša od zagonskih tokov pri višjih vrtljajih. Pri preklopu tuljave z manjšega na večje število polov, tj. ko se hitrost motorja upočasni, regenerativno zaviranje motorja, ki skrajša čas zaustavitve stroja in ni povezan z izgubami energije, kot je to pri vzvratnem zaviranju.

Obstaja veliko možnosti za uporabo motorjev z več hitrostmi v najrazličnejših vrstah univerzalnih in posebnih avtomatiziranih strojev za rezanje kovin: struženje, stružnice, vrtanje, rezkanje, brušenje, vzdolžno in prečno skobljanje, ostrenje itd.

Večhitrostni motorji se najpogosteje uporabljajo v pogonih obdelovalnih in lesnoobdelovalnih strojev.

Velik obseg regulacije hitrosti univerzalnih strojev za rezanje kovin zahteva reduktorje ali menjalnike z velikim številom krmilnih korakov. Ko se postopek nastavitve izvaja samo na en mehanski način, so menjalniki konstrukcijsko veliko bolj zapleteni in zahtevajo kompleksnejši krmilni sistem.

Oba dejavnika povzročata povečanje delovne intenzivnosti in povišanje stroškov izdelave menjalnikov.Zato se v obdelovalnih strojih pogosto uporablja sestavljeni sistem krmiljenja vrtilne frekvence, ki je kombinacija elektromotorja, katerega vrtilna frekvenca je regulirana v precej širokem razponu, z menjalnikom ali relativnim prostim kolesom z večjim izkoristkom v primerjavi s kompleksnejšimi menjalniki.

Posebej priporočljiva je uporaba večhitrostnih motorjev pri strojih za rezanje kovin, kjer se lahko omejite na dve, tri ali štiri različne hitrosti pri hitrosti vretena stroja, ki je enaka vrtilni frekvenci motorja. V tem primeru se uporabljajo vgrajeni motorji z več hitrostmi. Stator motorja je vgrajen v glavo stroja, vreteno pa je s sklopko povezano z gredjo rotorja motorja ali pa je rotor motorja nameščen neposredno na vreteno.

Takšna zasnova stroja se izkaže za izjemno preprosto, njegova kinematična veriga je najkrajša, motor pa je čim bližje delovni gredi.

Če hitrost vrtenja vretena orodja za rezanje kovin ne ustreza hitrosti vrtenja motorja z več hitrostmi, je slednji povezan z vretenom s pomočjo jermenskega ali zobniškega pogona. Podoben kinematični diagram se uporablja za obratovalne prostore stružnic, rezkalnikov ali manjših vrtalnih strojev. Dodajanje enostavnega iskanja v takšno shemo močno razširi obseg krmiljenja hitrosti stroja, kinematično verigo stroja razširi le pri nizkih vrtilnih hitrostih.

Uporaba večstopenjskega motorja v električnem pogonu obdelovalnega stroja, ki je povezan neposredno z variatorjem hitrosti, močno razširi možnost gladkega nadzora hitrosti stroja.Uporaba, na primer, dvostopenjski motor 2p = 8/2 in mehanski variator z razmerjem hitrosti 4: 1, lahko izvedete za nastavitev brezstopenjskega krmiljenja hitrosti od 187 do 3000 vrt./min, tj. dobite območje nastavitve 16:1.

Z dvostopenjskim motorjem 500/3000 vrtljajev na minuto in variatorjem razmerja 6 : 1 je obseg gladkega nadzora hitrosti stroja razširjen na 36 : 1, kar je doseženo z uporabo pospeševanja po variatorju.

Območje gladke regulacije vrtljajev pogona lahko premaknete v območje višjih ali nižjih vrtljajev s spreminjanjem hitrosti vrtenja motorja z več hitrostmi. Če to ni dovolj, se med motorjem in variatorjem namesti overdrive ali downshift, najpogosteje klinasti jermen ali jermen.

Za gladko regulacijo vrtilne frekvence v razmeroma majhnem območju do 1:4 s konstantnim navorom gredi je potreben asinhronski motor z drsna sklopka.

Učinkovitost takšnega motorja je določena z izrazom η = 1 - s, kjer je s zdrs, ki je enak razliki med hitrostjo vrtenja rotorja in izhodne gredi. Zato bo pri s = 80 % učinkovitost le 20 %. V tem primeru so vse izgube moči koncentrirane v bobnu sklopke.

Z zamenjavo običajnega enostopenjskega motorja z večstopenjskim v pogonu z drsno sklopko je možno povečati učinkovitost in razširiti območje regulacije hitrosti tega pogona.Na primer, pri dvostopenjskem motorju z razmerjem menjave polov 2: 1 se krmiljenje hitrosti izvaja v korakih po razmerju 2: 1, v intervalu med temi hitrostmi in pod njimi pa gladko prilagajanje izvaja drsna sklopka. Celotno krmilno območje bo 4:1 z minimalno učinkovitostjo 50 %.

Zaradi popolnejše uporabe regulacijskih lastnosti sklopk (regulacijsko območje 5: 1) je možno razširiti regulacijsko območje na 10: 1 pri najmanjši učinkovitosti (pri najmanjši hitrosti vrtenja gredi) η = 20 %.

Uporaba tristopenjskega motorja s preklopnim navitjem 2p = 8/4/2 omogoča povečanje regulacijskega območja na 8: 1 pri najnižjem izkoristku pogona η = 50% in doseganje regulacijske meje 20: 1 pri izkoristku pri najnižji hitrosti η=20%.