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
Трехкулачковый Вентилятор Обмотка Угольная щетка патрон для сверла возбуждения |
Коробка передач |
Зубчатое колесо Ротор из пластмассы Коллектор |
Рис. 6.1. Ручная электродрель с универсальным двигателем |
Различают следующие типы двигателей.
Выключатель Конденсатор [□1 Защитная изоляция ^ ум ^ Двужильная подводка іиете растягивающего усилия |
Рис. 6.2. Шаговый двигатель с постоянными магнитами |
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.
Клеммный щиток Вентилятор |
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.
Коробка выводов Пакет железа статора Обмотка статора |
Листовой лакет ротора |
вмятое кольцо |
Рис. 6.4. Короткозамкнутый электродвигатель |
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.
Рис. 6.5. Электродвигатель с линейно движущимся ротором |
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.
Свойства различных типов двигателей
|
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.