Motori elettrici ad alta frequenza
Quando si rettificano piccoli fori, sono necessarie velocità del mandrino portamola molto elevate per ottenere velocità di taglio adeguate. Quindi, quando si rettificano fori con un diametro di 5 mm con un cerchio con un diametro di 3 mm a una velocità di soli 30 m / s, il mandrino deve avere una velocità di rotazione di 200.000 giri / min.
L'applicazione per aumentare la velocità della trasmissione a cinghia è limitata dai giri massimi consentiti della cinghia. La velocità di rotazione dei mandrini azionati da cinghie di solito non supera i 10.000 giri al minuto e le cinghie scivolano, si guastano rapidamente (dopo 150-300 ore) e creano vibrazioni durante il funzionamento.
Anche le ruote pneumatiche ad alta velocità non sono sempre adatte a causa della morbidezza molto significativa delle loro caratteristiche meccaniche.
Il problema della creazione di mandrini ad alta velocità è di particolare importanza per la produzione di cuscinetti a sfere, dove è richiesta una rettifica interna e di scanalature di alta qualità. A questo proposito, nell'industria delle macchine utensili e dei cuscinetti a sfera vengono utilizzati numerosi modelli di cosiddetti elettromandrini con velocità di rotazione di 12.000-50.000 giri/min e oltre.
L'elettromandrino (Fig. 1) è un mandrino portamola a tre punte con motore a gabbia di scoiattolo ad alta frequenza incorporato. Il rotore del motore si trova tra due speroni all'estremità del mandrino opposta alla mola.
Le costruzioni con due o quattro supporti sono utilizzate meno spesso. In quest'ultimo caso, l'albero motore è collegato al mandrino tramite un giunto.
Lo statore del motore mandrino è assemblato da lamiera di acciaio elettrico. Ha una bobina bipolare su di esso. Anche il rotore del motore a velocità di rotazione fino a 30-50 mila giri al minuto è composto da lamiera e dotato di un convenzionale avvolgimento di cortocircuito. Tendono a ridurre il più possibile il diametro del rotore.
A velocità superiori a 50.000 giri/min, a causa di perdite significative, lo statore è dotato di un involucro con raffreddamento dell'acqua corrente. I rotori dei motori progettati per funzionare a tali velocità sono realizzati sotto forma di un solido cilindro in acciaio.
La scelta del tipo di cuscinetto è di particolare importanza per il funzionamento degli elettromandrini. I cuscinetti sferici con maggiore precisione vengono utilizzati a velocità di rotazione fino a -50.000 giri/min.. Tali cuscinetti devono avere un gioco massimo non superiore a 30 micron, che si ottiene con un riempimento adeguato. I cuscinetti funzionano con un precarico creato mediante molle calibrate. È necessario prestare molta attenzione durante la calibrazione delle molle di precarico dei cuscinetti a sfera e la selezione del loro adattamento.
A velocità di rotazione superiori a 50.000 giri al minuto, i cuscinetti portanti funzionano in modo soddisfacente quando sono intensamente raffreddati dall'olio di lavoro fornito da una pompa speciale. A volte il lubrificante viene fornito in uno stato spruzzato.
Anche gli elettromandrini ad alta frequenza 100.000 giri/minuto sono costruiti su cuscinetti aerodinamici (cuscinetti lubrificati ad aria).
La produzione di motori elettrici ad alta frequenza richiede una fabbricazione molto precisa delle singole parti, l'equilibratura dinamica del rotore, un assemblaggio preciso e la garanzia di una rigorosa uniformità della distanza tra lo statore e il rotore.
In relazione a quanto sopra, la produzione di elettromandrini viene effettuata secondo condizioni tecniche speciali.
Fico. 1. Mandrino elettrico ad alta frequenza.
L'efficienza dei motori ad alta frequenza è relativamente piccola. Ciò è dovuto alla presenza di maggiori perdite di acciaio e perdite per attrito dei cuscinetti.
Le dimensioni e il peso dei motori elettrici ad alta frequenza sono relativamente piccoli.
Riso. 2. Elettromandrino moderno ad alta frequenza
L'uso di elettromandrini al posto delle trasmissioni a cinghia nella produzione di cuscinetti a sfere aumenta la produttività del lavoro delle rettificatrici per interni di almeno il 15-20% e riduce drasticamente gli scarti di conicità, ovalizzazione e pulizia superficiale. La durata dei mandrini di rettifica è aumentata di 5-10 volte o più.
Di grande interesse è anche l'utilizzo di mandrini ad alta velocità per la realizzazione di fori con un diametro inferiore a 1 mm.
La frequenza della corrente che alimenta il motore elettrico ad alta frequenza viene selezionata in base alla velocità di rotazione richiesta n del motore elettrico secondo la formula
poiché p = 1.
Quindi, a velocità di rotazione degli elettromandrini di 12.000 e 120.000 giri/min, sono richieste rispettivamente frequenze di 200 e 2000 Hz.
In precedenza venivano utilizzati speciali generatori ad alta frequenza per alimentare motori ad alta frequenza.Ora, per questi scopi, i convertitori di frequenza statici vengono utilizzati su transistor ad effetto di campo ad alta velocità.
Nella fig. 3 mostra un generatore a induzione sincrono trifase di produzione domestica (tipo GIS-1). Come si può vedere dal disegno, sullo statore di un tale generatore sono presenti scanalature larghe e strette. L'avvolgimento di campo, le cui bobine si trovano nelle ampie cave dello statore, è alimentato con corrente continua. Il campo magnetico di questi avvolgimenti è racchiuso attraverso i denti dello statore e le sporgenze del rotore come mostrato in fig. 3 con linea tratteggiata.
Riso. 3. Generatore di corrente ad induzione con frequenza maggiorata.
Quando il rotore ruota, il campo magnetico che si muove lungo le sporgenze del rotore attraversa le spire dell'avvolgimento di corrente alternata situato nelle strette fessure dello statore e induce un e alternato. eccetera. c. La frequenza di questo e. eccetera. c.dipende dalla velocità di rotazione e dal numero di orecchie del rotore. Le forze elettromotrici indotte dallo stesso flusso negli avvolgimenti di campo si annullano a causa dell'imminente attivazione delle bobine.
La bobina di eccitazione è alimentata attraverso un raddrizzatore al selenio collegato alla rete AC. Sia lo statore che il rotore hanno nuclei magnetici in lamiera d'acciaio.
I generatori con il design descritto sono prodotti con una potenza nominale di 1,5; 3 e 6 kW e alle frequenze di 400, 600, 800 e 1200 Hz. La velocità nominale di rotazione dei generatori sincroni è di 3000 giri/min.