Arbre électrique et son application dans l'entraînement électrique des machines à couper les métaux

L'article traite de l'appareil, du principe de fonctionnement et d'exemples d'utilisation de systèmes électriques à rotation synchrone (arbre électrique) dans des machines et installations de coupe de métaux.

Supposons que deux arbres qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre doivent tourner aux mêmes vitesses sans tourner l'un par rapport à l'autre. Pour assurer une telle rotation synchrone et en phase avec les moteurs D1 et D2, qui font tourner les arbres A et II, respectivement (Fig. 1), connectez les machines asynchrones auxiliaires A1 et A2 avec des rotors de phase. Les enroulements rotoriques de ces machines sont connectés les uns contre les autres.

Si les vitesses de rotation des deux machines et les positions de leurs rotors sont les mêmes, alors les forces électromotrices induites dans les enroulements des rotors des machines A1 et A2 sont égales et dirigées l'une vers l'autre (Fig. 2, a), et le courant ne circule pas dans le circuit du rotor.

Supposons que le sens de rotation du champ des machines auxiliaires coïncide avec le sens de rotation de leurs rotors.Au fur et à mesure que la rotation de la machine A2 ralentit, son rotor sera en retard par rapport à celui de A1, ce qui entraînera e. etc. c) Ep2 induit dans l'enroulement rotorique se décalera en phase à l'avance (Fig. 2, b), et dans le circuit rotorique des machines A1 et A2 sous l'action de la somme vectorielle de e. etc. avec E, le courant d'égalisation Az apparaît.

Riz. 1. Schéma de communication synchrone

Riz. 2. Diagrammes vectoriels du système de communication synchrone

Le vecteur courant I sera en retard sur le vecteur e. etc. avec E dans l'angle φ... Projection du vecteur courant Az sur le vecteur e, etc. v. Ep2 coïncide avec ce vecteur en direction. La projection du vecteur courant sur le vecteur e. etc. pp. Ep1 lui est destiné. Il s'ensuit que la machine A2 fonctionnera en mode moteur et la machine A1 en mode générateur. Dans ce cas, l'arbre de la machine A2 sera accéléré et l'arbre de la machine A1 sera décéléré. De cette façon, les machines développeront des couples qui rétablissent la rotation synchrone des arbres. I et II et la position coordonnée précédente dans l'espace des rotors des machines A1 et A2. Les rotors de ces machines peuvent tourner aussi bien dans le sens de rotation du champ que dans le sens opposé.

Ce système s'appelle un système électrique de rotation synchrone… On l'appelle aussi un arbre électrique… Le système de rotation synchrone peut remplacer, par exemple, les vis mères dans les tours à décolleter.

Étant donné que les circuits d'alimentation des machines à couper les métaux, par rapport aux circuits du mouvement principal, consomment généralement peu d'énergie, un schéma plus simple de rotation synchrone peut être utilisé pour synchroniser le mouvement principal avec l'alimentation (Fig. 3).Dans ce cas, un décalage constant entre les positions des rotors des machines A1 et A2 est inévitable, sans quoi il n'y aurait pas de courant dans le circuit rotorique de la machine A2 et elle ne pourrait pas vaincre le moment des forces résistives de le circuit d'alimentation. Étant donné que la machine A2 est alimentée par le stator et le rotor, ce système d'arbre électrique nécessite une connexion à six fils au moteur, installée dans de nombreux cas sur un bloc de machine en mouvement, généralement représenté sur la figure en pointillé.

Riz. 3. Systèmes de communication synchrone d'un tour à vis lourde

Dans la déviation angulaire, qui ne dépasse pas 90 °, le moment de synchronisation électrique augmente. Afin d'assurer un couple de synchronisation important, les machines de communication synchrones à toutes les fréquences angulaires de rotation possibles doivent fonctionner avec des glissements importants (pas moins de 0,3 - 0,5). Par conséquent, ces machines doivent être suffisamment grandes pour éviter un échauffement inacceptable.

La puissance des machines est encore augmentée pour tenter d'éliminer l'influence des fluctuations de charge et des forces de frottement. Des transmissions mécaniques sont également utilisées, ce qui réduit la fréquence de rotation des arbres de la machine et, par conséquent, l'amplitude de l'erreur angulaire réduite à l'arbre de la machine.Avant de démarrer le fonctionnement de l'arbre électrique, les machines asynchrones A1 et A2 sont connectées à une alimentation monophasée. Dans ce cas, le rotor de la machine A2 prend sa position initiale, qui correspond à la position du rotor de la machine A1.

Les systèmes de rotation synchrone sont rationnellement utilisés pour les machines de découpe de métaux lourds, car la production de vis longues est associée à des difficultés importantes.De plus, à mesure que la longueur des vis ou des arbres augmente, en raison de leur torsion, la précision de la coordination de l'agencement mutuel des pièces de la machine diminue. Dans un système d'arbres électriques, la distance entre les arbres ne peut pas affecter la précision de l'opération.

Lors de l'utilisation d'un arbre électrique, les liaisons mécaniques des étriers à la broche sont supprimées et le schéma cinématique est grandement simplifié. Un inconvénient important des systèmes d'arbres électriques dans les machines de découpe de métaux lourds est la possibilité d'endommager une pièce coûteuse lors d'une panne de courant, car un désalignement se produit immédiatement. Dans certains cas, lors d'un tel accident, des dommages à la pièce peuvent être évités grâce à une rétraction automatique rapide de l'outil.

Un schéma avec deux moteurs asynchrones identiques avec des rotors de phase est intéressant pour l'ingénierie mécanique (Fig. 4). Puisque le circuit des deux rotors est fermé au rhéostat R, lorsque les moteurs sont connectés au secteur AC, les deux rotors commencent à tourner.

Riz. 4. Schéma de communication synchrone avec un rhéostat rotatif

En plus des courants circulant dans les enroulements du rotor et du rhéostat, un courant d'égalisation circule dans le circuit du rotor des deux machines. La présence de ce courant provoque l'apparition d'un couple de synchronisation, à la suite duquel les machines tournent de manière synchrone. Ce système peut être utilisé pour lever et abaisser les bras transversaux des grandes raboteuses, toupies et carrousels.

Grâce au système d'arbre électrique, le problème du mouvement coordonné des convoyeurs faisant partie d'un complexe de production est résolu.L'application la plus pratique dans ce cas est obtenue à partir de la variante de rotation synchrone des moteurs avec un convertisseur de fréquence commun.

En plus des systèmes d'arbres électriques pour la construction de machines considérés, d'autres systèmes de machines à courant alternatif ont été développés et utilisés, y compris des systèmes monophasés et des systèmes avec des moteurs synchrones de construction spéciale.