Применение преобразователей частоты в токарных станках. Реальные примеры

Внимание! Это конкурсная статья! Если она понравилась, вы можете проголосовать за неё (или за другие статьи) до 20 декабря 2020 г. Перейти на страницу голосования.

Сегодня – третья статья Конкурса статей на блоге СамЭлектрик.ру. Автор моим постоянным читателям уже знаком. Это Тимур Бобров из Ростова-на-Дону. Тимур занимается ремонтом токарных станков, и на СамЭлектрик.ру уже есть одна его статья, посвященная этой теме. Вот она: Ремонт, устройство и схема токарного станка.

Не забудьте проголосовать за статью, если она понравилась! Голосование начнется в конце месяца! А я кое-где, как обычно, буду вставлять свои 5 Вольт)

Перед тем, как давать слово Тимуру, скажу пару слов сам.

Выбор преобразователя частоты для токарных станков имеет несколько особенностей, которые касаются прежде всего цели модернизации и состояния механической части токарного станка.

При выборе ПЧ следует внимательно подойти к расчету получаемого ряда скоростей и моментов на валу. В самом тяжелом случае, когда коробка передач отсутствует либо работает частично, основная забота обеспечить нужные функции ложится на преобразователь. Поэтому его следует выбирать с запасом, вплоть до двукратного и с хорошей перегрузочной способностью. Это объясняется тем, что при обработке некоторых деталей и нарезании резьб на низких скоростях нагрузка на шпиндель станка крайне высока.

Двигатель также следует в этом случае заменить на более мощный, с принудительным охлаждением, поскольку он может работать на пониженных оборотах (на частотах менее 20 Гц).

Выбор преобразователя частоты для токарного станка также может быть обусловлен наличием только однофазного питания – 220 В. В этом случае без ПЧ обойтись проблематично. Выбрав ПЧ, который может работать от питания 220 В, и изменив схему включения двигателя на «треугольник», можно обеспечить полнофункциональную работу токарного станка, хоть и с некоторой потерей мощности. Можно воспользоваться и конденсаторной схемой, но тогда потери мощности будут ещё больше – до 50%.

Дополнительные функции, приобретаемые в случае установки ПЧ в токарный станок – плавный разгон и замедление, электронный реверс, различные варианты индикации (в том числе рабочей и аварийной), защита двигателя и механики от перегрузки.

При необходимости высокой точности обработки и одновременно высокой нагрузке на валу нужно выбирать ПЧ с векторным управлением, который за счет обратной связи обеспечит постоянство скорости вращения и механического момента шпинделя.

Ещё важные моменты.

• для остановки механизма с большой энергией инерции нужен тормозной (гасящий) резистор. Можно обойтись и без резистора, если допустимо ожидать времени останова массивной детали 2-3 с, либо если есть электромеханический, или механический тормоз.
• стандартные эл. двигатели почти не работают на малых оборотах (0-5 Гц) и очень больших (более 120 Гц). Для работы на низких частотах нужен буст по напряжению и повышенная частота несущей ШИМ.
• Подшипники само собой должны быть качественными (цены на одинаковые размеры могут отличаться на порядок от качества). Немаловажную роль играет “железо ” и изоляция обмотки. Некоторые дешевые китайские двигатели плохо работают с частотниками из-за плохого железа.

Теперь – слово Автору.

 

Установка частотников в токарные станки

Расскажу в статье про установку преобразователей частоты, или частотников,  в станки токарные с двигателями на 1,1 кВт.

Станки это скорее любительские, или школьные, производительность у них низкая, но для гаража или чтобы поделки из металла или дерева делать как хобби – в самый раз. Ставлю ПЧ в токарники в первый раз, и благодарен Александру на советы.

Первый станок имел особенность а именно он подключается к однофазной сети по желанию клиента. Тут без вариантов, нужно подключать через однофазный ПЧ, т.к. вариант с конденсатором сильно теряет в мощности (падает КПД двигателя) и не имеет регулировки скорости. А скорость менять нужно, т.к.не все скорости можно переключить через коробку передач – она частично поломана  и не все скорости может включать.

 

Первый станок, однофазный

В первый станок был установлен частотник Delta VFD015M21B.

Это бюджетная модель с мощностью на выходе 1,5 кВт, но у него универсальное питание, он может запитываться и от одной и от трех фаз. Что нам и надо. На фото терминалы подключения питания и земля:

Выходные терминалы-для трехфазного электродвигателя:

Опционально можно подключить тормоз.

Особенность в том, что если мы подключаем одну фазу, то имеем на входе напряжение 220В. А значит и на выходе максимум что мы получим это тоже 220В. Поэтому и двигатель нужен на 220 В.

На входе ПЧ фазное напряжение, 220 В (схема “Звезда”, с глухозаземленной нейтралью, обычная наша электросеть). На выходе – трехфазное линейное 220 В (“Треугольник”, нейтраль отсутствует). Подробнее, чем отличается фазное напряжение 220 В от линейного 380 В.

Если двигатель на 220/380 В, то его обязательно нужно включить в треугольник на 220 В. Если же двигатель на 380/660 В, то для питания от ПЧ на 220 В он не подойдёт. Подробнее я писал об этом в статье про Подключение двигателя по схеме “Звезда-Треугольник”.

Поэтому подключение было простым, фаза и ноль на первые два терминала:

Подключение клемм на двигатель и управление:

 

В итоге подключение выглядит так:

Не смотря на то что есть кнопки и регулятор плавной скорости на передней панели ПЧ, он не используется, поскольку установлен в закрытом шкафу. Для управления скоростью и пуском двигателя есть кнопки на панели управления токарного станка, к ним идут провода.

 

Второй станок, трехфазный вариант питания ПЧ

Второй станок нужно питать от трех фаз, поэтому ограничений по выбору двигателя меньше. Если что, тот же двигатель, что в первом станке, должен быть подключен по схеме “Звезда” на 380 В.

ПЧ был установлен Innovert ISD, полный аналог ПЧ Delta на 1,5 кВт.

Фото не сохранилось, но я приведу схему, которая идентична для первого и второго варианта, лишь отличия в количестве фаз питания и немного в названии клемм.

По схеме все понятно, объясню лишь что охлаждение в таких станках почти не используется из-за низкой производительности, но есть как опция. Выключатель освещения присутствует на самом светильнике.

Часть управления выглядит следующим образом:

Для такой схемы пришлось немного доработать переднюю панель станка, чтобы установить нужные кнопки. В настройках частотника нужно установить режим управления с реверсом чтобы работали кнопки Вперед и Назад.

Скорость также управляется при помощи кнопок + и -. Выходную частоту настроил от 20 до 60 Гц, её можно менять по надобности, в зависимости от режима обработки деталей. Для контроля частоты купил в радиотоварах цифровой вольтметр на переднюю панель.

Чтобы вольтметр показывал что-то адекватное, настроил аналоговый выход FOV ПЧ таким образом, что 60 Гц (максимально возможные обороты) это 6 Вольт. Значит, 50 Гц это 5 В, и т.д. Правда, ниже 3,5 вольт вольтметр показывать отказывается – не хватает питания.

Можно настроить вольтметр, а точнее выходную функцию ПЧ на показания тока двигателя. При обработке деталей это бывает важно. Да и контролировать в работе перегрузку не помешает.

 

Преимущества установки ПЧ в токарный станок

На этом можно закончить статью, но ещё пару фраз по установке ПЧ в токарный. По сравнению с контакторной схемой включения есть несколько преимуществ:

• преобразователь частоты позволяет получить плавный разгон и торможение шпинделя с заготовкой. А это очень бережет и механику станка, и электрику.
• ПЧ предоставляет для двигателя защиту, отпадает надобность в установке мотор-автоматов и тепловых реле, а ведь это ещё и ненадежные детали и дополнительные контакты в силовых цепях.
• ПЧ может регулировать скорость, а значит не нужна механическая коробка передач. А если она и есть, диапазон регулировок расширяется в несколько раз.
• реализация реверса с нулевыми усилиями и бесплатно. Не нужен дорогостоящий реверсивный контактор и реверсивная коробка передач.
• если применяется ПЧ с универсальным питанием, можно не зависеть от трехфазной сети, а станок установить даже в обычной квартире, питая его от розетки 220 В.

Из минусов – падение момента и перегрев двигателя на низких оборотах. Чтобы этого не было, не рекомендуется прилагать большие усилия к заготовке на низких оборотах. Либо устанавливать дополнительное охлаждение. А лучший выход – поставить более мощный двигатель и ПЧ.

На этом всё, следите за публикациями, скоро будут опубликованы статьи других Авторов, а затем объявлено голосование. Проверить, как обстоят дела с Конкурсом прямо сейчас, можно по ссылке.

Если интересует тема преобразователей частоты, вот несколько статей на СамЭлектрике. Там же подробно о принципе работы, настройках, а ещё можно скачать литературу по ПЧ.

• Установка преобразователя частоты в станок полировки обуви
• Установка преобразователя частоты в ленточнопильный станок
• Управление воротами на преобразователе частоты
• также много статей и заметок про ПЧ и вообще по пром.оборудованию есть на Дзен-канале СамЭлектрик.ру. Например.

 

Видео

Видео по установке ПЧ на токарный станок. Возможно, в видео информации больше, чем в статье.

Всем успехов в работе!