Станки можно разделить на силовые и рабочие машины. Силовые машины пре­образуют энергию в используемое движение, рабочие машины могут действовать для передачи энергии, изменения расположения или формы объекта.

6.1. Электродвигатели

Электродвигатель — это малая силовая машина, которая преобразует электрическую энергию в энергию движения. Имеются электродвигатели с различными конструк­циями и классами мощности. Для профессионального использования двигателей необходимы знания о различных типах двигателей и о безопасном обращении с ними.

6.1.1. Типы двигателей

Различают следующие типы дви­гателей.

В статоре электродвигателей постоянного тока расположен по­стоянный магнит или электромаг­нит. На обмотки ротора, располо­женные в направлении магнитно­го поля статора (см. 14.3.8), через коллектор подается электричес­кий ток. Ток обмотки генерирует магнитное поле, противоположно направленное магнитному полю статора. Противоположное на­правление полей приводит в дей­ствие двигатель.

Универсальный электродвига­тель — это в принципе электро­двигатель постоянного тока с об­моткой для генерирования поля статора. Его питание может пред­ставлять собой как переменный, так и постоянный ток. В случае работы электродвигателя пере­менного тока направление токов в обмотках статора и ротора меня­ется одновременно, поэтому пе-

ременное направление электри­ческого тока не влияет на направ­ление вращения.

Движущая обмотка шагового двигателя находится в статоре. Ро­тор состоит из постоянного магни­та или из магнито мягко го матери­ала. Благодаря следующим друг за другом наводкам в обмотке стато­ра ротор пошагово поворачивает­ся в направлении возбужденной пары полюсов (рис. 6.2). Количе­ство пар полюсов (пар обмоток) в статоре и геометрия ротора опре­деляют величину углового шага двигателя.

Синхронные электродвигате­ли, асинхронные электродвигатели и электродвигатели с линейно дви­жущимся ротором являются двига­телями трехфазного тока и в каче­стве питания используют трехфаз­ный переменный ток.

Синхронный электродвигатель имеет в принципе такую же конст­рукцию, как и шаговый двигатель с одним ротором из постоянного магнита и тремя парами полюсов в статоре. Обмотки статора, правда, возбуждаются не отдельно друг за другом, а питаются со сдвигом во

времени переменным током (трехфазным), поэтому в корпусе возникает враща­ющееся поле, как будто постоянный магнит вращается вокруг ротора. Постоян­но возбужденный ротор следует за этим вращающим полем с той же частотой (син­хронно).

Большинство асинхронных двигателей является короткозамкнутыми электро­двигателями. В них ротор состоит из медных или алюминиевых прутков, которые на концах соединены друг с другом (короткозамкнутая обмотка) (см. рис. 6.4). Как и в синхронном двигателе, статор имеет три пары полюсов, которые генери­руют вращающее поле. Вращающее поле генерирует в короткозамкнутой обмот­ке ток, магнитное поле которого совместно с вращающим полем приводит в дей­ствие ротор. Для этого ротор должен двигаться медленнее, чем вращающее поле, так как иначе в нем нельзя будет индуцировать ток, то есть говорят, что двигатель работает асинхронно.

Если мысленно разрезать син­хронный двигатель вдоль оси и плоско раскатать его, то получится электродвигатель с линейно движу­щимся ротором (рис. 6.5). Три пары обмоток бывшего статора располо­жены в салазках электродвигателя с линейно движущимся ротором рядом друг с другом. Салазки дви­жутся по направляющей, в которой находятся постоянные магниты пе­ременной полярности. При питании трехфазным переменным током в салазках возникает бегущее поле, посредством которого салазки «следуют» вдоль магнит­ного поля направляющей. Аналогами короткозамкнутого двигателя являются так­же электродвигатели с линейно движущимся ротором, в направляющих которых имеются прутки короткого замыкания.

Трехфазный электродвигатель при частоте в сети 50 Гц может иметь ско­рость вращения максимум 3000 об/мин. Если требуются более высокие частоты вращения, то для небольших мощностей можно использовать универсальные двигатели. Для более высоких мощностей необходимо электроснабжение с бо­лее высокой частотой, например преобразователь частоты, который генерирует 300 Гц. Частота вращения подключенного к 300 Гц двигателя равна примерно 18000 об/мин, например для фрезерования с верхним расположением инстру­мента. Двигатели, приводимые в действие более высокой частотой, меньше и легче, чем двигатели той же мощности для сетевой частоты.

Для электронной настройки двигателя трехфазного тока также необходим преобразователь частоты переменного тока. В таком преобразователе электричес­кая энергия промежуточно сохраняется. Благодаря этому с помощью электрон­ного переключателя генерируется трехфазный переменный ток с желаемой час­тотой. Это делает возможным высокодинамичное регулирование частоты враще­ния или угловой скорости для серводвигателей. Регулятор сравнивает мгновен­ную частоту вращения или угловую скорость с заданной величиной и настраивает преобразователь таким образом, чтобы двигатель достиг заданной величины час­тоты вращения.