Время разгона двигателя до номинальной частоты вращения зависит от способа его пуска. Желательно, чтобы время пуска и остановки сверхвысокоскоростного двигателя было минимальным, так как при этом увеличивается производительность шлифовального станка.
Рассмотрим пуск электрошпинделя на шарикоподшипниковых опорах, схема общего питания которого показана на рис. 6-6. Прежде чем подать питание на двигатель, необходимо предварительно осуществить смазку шарикоподшипников масляным туманом. Для этого следует обеспечить подачу воздуха, который, пройдя осушитель, попадает в распылитель масла. Масляный туман, образовавшийся в распылителе, через вентиль попадает в туманопровод,
Рис. 6-6. Принципиальная схема общего питания сверхвысокоскоростного электрошпинделя.
1 — электродвигатель; 2 — источник электропитания; 3 — выпрямитель; 4 — маслораспылитель; 5 — осушитель воздуха
а затем к шарикоподшипникам. Необходимо далее убедиться в образовании масляного тумана, наблюдая в смотровое окно маслораспылителя, а также по движению тумана в хлорвиниловом прозрачном шланге; о том, что масляный тунам проходит через подшипники, можно судить по небольшому количеству его, выделяющемуся от двигателя. Давление масляного тумана должно быть около (0,25—0,5)·105 Па. Затем следует подать воду в систему охлаждения двигателя. Водяное давление выбирается около (0,3—0,8)·105 Па. Обеспечив подвод масляного тумана и охлаждающей воды, можно включить питание сверхскоростного двигателя.
Рис. 6-7. Характеристика частотного пуска электродвигателя с гладким круглым ротором.
Наиболее плавный и безопасный для двигателя способ пуска — это частотный пуск путем плавного изменения частоты питающего генератора. Из опытных данных известно, что если двигатель при предварительных испытаниях прошел длительную обкатку прецизионных шарикоподшипников, начиная с наименьшей частоты вращения до номинальной, то его можно включить непосредственно на номинальные напряжение и частоту. При этом срыва поверхностей шариков не происходит, так как ускорения и усилия в точках касания шариков, как показали расчеты, являются вполне допустимыми. Шарикоподшипники полностью сохраняют свою работоспособность. Срок службы шарикоподшипников при таком пуске двигателя такой же, как при частотном пуске. При достаточном запасе механической прочности ротора не происходит разбалансировки ротора или разрыва бандажных торцевых колен.
Времена пуска сверхвысокоскоростных электрошпинделей при их включении на номинальные напряжение и частоту без момента сопротивления на валу (холостой ход) приведены в табл. 6-4.
Таблица 6-4
В отдельных случаях целесообразно осуществлять пуск сверхвысокоскоростного двигателя, присоединив его к неподвижному генератору с постоянным возбуждением и затем подав питание на приводной асинхронный двигатель преобразовательного агрегата.
Рис. 6-8. Частотный пуск двигателя с граненым ротором.
По мере разгона преобразовательной установки увеличиваются напряжение и частота генератора, возрастает скорость сверхвысокоскоростного двигателя. Получается своеобразный частотный пуск двигателя. Пуск в этом случае происходит легко и быстро. Такой способ особенно следует рекомендовать для двигателей сравнительно большой или соизмеримой с генератором мощности, когда при пуске происходит значительное падение напряжения и время пуска затягивается. Характеристики частотного пуска двигателя показаны на рис. 6-7, 6-8.
По данным испытаний двигателя при холостом ходе проведено разделение потерь (рис. 6-9). Время разгона двигателя при подключении его первичной обмотки к источнику питания и время выбега — останова, когда он отключен от источника питания, характеризуются кривыми рис. 6-10. Время разгона ротора несколько больше одной минуты; время останова — около трех минут. Процесс и время пуска определяются пусковыми характеристиками двигателя.
Рис. 6-9. Опытные кривые холостого хода асинхронного двигателя при частоте f= = 3500 Гц при регулировании напряжения.
Величина пускового момента должна быть такой, при котором разгон двигателя до скорости холостого хода происходит в течение незначительного времени.
Рис. 6-10, Характеристики разгона и выбега двигателя при частоте 3 500 Гц.
В табл. 6-5 приведены значения 1н и Мп/Мн для электрошпинделя с частотой вращения 144·103 об/мин, которые получены для двух значений толщины мостика над пазом ротора и двух значений чисел витков w1 первичной обмотки. Электрошпиндели имеют хорошие пусковые и рабочие характеристики. Например, электрошпиндель на 12-103 об/мин имеет время пуска, равное 2,5 с; пуск электрошпинделя на 60·103 об/мин заканчивается за 6 с (табл. 6-5).
Испытания показали возможность пуска сверхвысокоскоростных асинхронных двигателей без нагрузки на валу при номинальной частоте и напряжении.
Таблица 6-5
Сверхвысокоскоростные двигатели имеют очень большое время выбега. Особенно это относится к электрошпинделям; которые после отключения от источника питания имеют значительный выбег без нагрузки на валу. Большое время остановки сокращает полезное время работы внутришлифовального станка. Иногда рабочий с целью сокращения времени остановки касается посторонни предметом шлифовального круга. Это приводит к изгибу валика, порче двигателя. Поэтому следует предусмотреть возможность динамического торможения двигателя. Чаще всего динамическое торможение осуществляется следующим образом: двигатель, отключенный от источника переменного тока, подключается к источнику постоянного тока. При этом ротор двигателя вращается в неподвижном магнитном поле, созданном н. с. постоянного тока. В обмотке ротора наводится э. д. с. и возникает ток. В результате взаимодействия тока с магнитным полем создается электромагнитный генераторный момент. Такой своеобразный электромашинный генератор вращается не приводным двигателем, а за счет запасенной кинетической энергии вращающегося ротора, которая в этом случае быстро уменьшается. Под действием тока вторичной обмотки ротор нагревается. Таким образом, при динамическом торможении запасенная кинетическая энергия ротора гасится путем преобразования в тепловую. При отсутствии момента сопротивления на валу в случае неизменных сопротивлений обмоток время торможения
где T=JΩ0/Mτ— постоянная времени торможения; J — приведенное значение момента инерции вращающихся масс; Ω0 — начальная угловая скорость; Μτ — максимальное значение тормозного момента; s0, sm, s — начальное, критическое и текущее значения скольжения.
При этом способе торможения необходим весьма большой постоянный ток, что является недостатком. В последнее время проведены исследования по динамическому торможению асинхронных двигателей путем включения в первичную обмотку конденсаторов. Отключенную от источника переменного тока обмотку статора включают на конденсаторы и присоединяют к внешнему источнику постоянного тока.
При соответствующем выборе конденсаторов можно погасить кинетическую энергию вращающегося ротора настолько, что его частота вращения составит всего 10—20% номинальной.
Следует выбрать такую величину емкости, которая соответствует частоте f при таком низком значении частоты вращения, при котором можно еще обеспечить самовозбуждение. Параметры двигателя при торможении не остаются постоянными, так как напряжение и ток при самовозбуждении непрерывно меняются.
Наибольший тормозной момент создается при наибольшей частоте вращения. Его значение можно определить по полному времени остановки и наклону кривой n—f(t).
Что касается торможения противовключением, то для сверхвысокоскоростных двигателей оно опасно, так как в результате возникающих больших механических нагрузок может произойти поломка ротора микродвигателя.
