Ventajas de utilizar motores de varias velocidades

El reemplazo de motores convencionales de una sola velocidad por motores de varias velocidades en muchos casos mejora significativamente las cualidades tecnológicas y operativas de las máquinas y máquinas para cortar metales y reduce la intensidad de mano de obra de su producción.

Se utilizan motores de varias velocidades:

• en accionamientos de máquinas y máquinas para cortar metales, cuya velocidad es deseable cambiar según el tamaño, la dureza y otras propiedades físicas del material procesado o según factores tecnológicos. Estos incluyen máquinas para cortar metales y trabajar la madera, separadores centrífugos, dragas y otros mecanismos para diversas aplicaciones;

• en máquinas, máquinas y mecanismos para corte de metales con diferentes velocidades de funcionamiento y de ralentí (aserraderos);

• para arrancar y parar sin impactos bruscos en mesas con gran impulso (ascensores, montacargas). En este caso, el proceso de trabajo se lleva a cabo a la velocidad de rotación más alta y el arranque y parada del mecanismo, a bajas revoluciones, a menudo con cambio automático del número de polos;

• en accionamientos de máquinas y máquinas herramienta con potencia variable en función de la hora del día, estación del año, etc. (bombas, ventiladores, dispositivos de carga, transportadores, etc.);

• en accionamientos de máquinas con varios propósitos diferentes, cada uno de los cuales requiere una velocidad diferente, por ejemplo, equipos de pozos de petróleo donde la velocidad más baja se usa para bombear petróleo y la velocidad más alta se usa para instalar tuberías;

• en mecanismos cuyo cambio de velocidad está determinado por la potencia consumida. Un ejemplo son los trenes de laminación de planos, donde inicialmente, con una deformación importante del metal, la laminación se realiza a baja velocidad y las operaciones de acabado a alta velocidad.

• en bloques, donde además de regular la velocidad de giro del motor mediante la conmutación del número de polos, se realiza un aumento adicional del límite de control de la velocidad mediante la modificación de la frecuencia de la red de alimentación.

Gracias al uso de motores de varias velocidades en accionamientos eléctricos de máquinas y máquinas para corte de metales, es posible:

1) simplificar el diseño de las máquinas excluyendo cajas de cambios y fuentes de alimentación;

2) aumentar el rendimiento, la productividad y la facilidad de mantenimiento de las máquinas de corte de metales;

3) mejorar la calidad del procesamiento de la máquina al reducir las vibraciones y reducir la imprecisión en el funcionamiento de los mecanismos con una gran cantidad de engranajes;

4) aumentar la eficiencia de la máquina al reducir los eslabones intermedios de la cadena cinemática;

5) cambiar la velocidad en movimiento sin detener la máquina;

6) simplificar la gestión automática de los procesos de arranque, parada, inversión y parada;

7) simplificación de la gestión automática de los modos de procesamiento en función de factores tecnológicos.

Arrancar el motor a una velocidad de rotación más baja también tiene la ventaja de que el valor absoluto de la corriente de arranque en este caso, por regla general, será menor que las corrientes de arranque para velocidades más altas. Al cambiar la bobina de un número de polos más pequeño a uno más grande, es decir, cuando la velocidad del motor disminuye, frenado regenerativo del motor, lo que acorta el tiempo de parada de la máquina y no está asociado a pérdidas de energía, como ocurre con el frenado inverso.

Existen amplias oportunidades para el uso de motores de varias velocidades en una amplia variedad de tipos de máquinas de corte de metales automáticas universales y especiales: torneado, torneado, taladrado, fresado, rectificado, cepillado longitudinal y transversal, afilado, etc.

Los motores de varias velocidades son los más utilizados en accionamientos de máquinas herramienta y de carpintería.

Un rango significativo de regulación de velocidad de las máquinas cortadoras de metales universales requiere reductores o cajas de engranajes con una gran cantidad de pasos de control. Cuando el proceso de ajuste se realiza de una sola manera mecánica, las cajas de cambios son estructuralmente mucho más complejas y requieren un sistema de control más complejo.

Ambos factores provocan un aumento en la intensidad de mano de obra y un aumento en el costo de fabricación de cajas de engranajes.Por lo tanto, un sistema de control de velocidad compuesto es ampliamente utilizado en máquinas herramienta, que es una combinación de un motor eléctrico, cuyas velocidades se regulan en un rango bastante amplio, con una caja de cambios o rueda loca relativa con mayor eficiencia en comparación con las cajas de cambios más complejas.

Es especialmente recomendable el uso de motores de varias velocidades en máquinas de corte de metales, donde puede limitarse a dos, tres o cuatro velocidades diferentes a una velocidad del cabezal de la máquina igual a la velocidad del motor. En este caso, se utilizan motores incorporados de varias velocidades. El estator del motor está integrado en el cabezal de la máquina y el husillo está conectado mediante un acoplamiento al eje del rotor del motor, o el rotor del motor está montado directamente en el husillo.

Tal diseño de la máquina resulta extremadamente simple, su cadena cinemática es la más corta y el motor está lo más cerca posible del eje de trabajo.

Si la velocidad de rotación del husillo de la herramienta de corte de metal no corresponde a la velocidad de rotación del motor de varias velocidades, este último se conecta al husillo por medio de una transmisión por correa o engranaje. Un diagrama cinemático similar se utiliza para quirófanos de tornos, fresadoras o pequeñas taladradoras. Agregar una búsqueda simple a dicho esquema amplía enormemente el rango de control de velocidad de la máquina, extendiendo la cadena cinemática de la máquina solo a bajas velocidades de rotación.

El uso de un motor multivelocidad en el accionamiento eléctrico de la máquina herramienta, conectado directamente al variador de velocidad, amplía enormemente la posibilidad de un control suave de la velocidad de la máquina.Aplicación, por ejemplo, un motor de dos velocidades 2p = 8/2 y un variador mecánico con una relación de velocidad de 4: 1, puede implementar para establecer un control de velocidad continuo de 187 a 3000 rpm, es decir obtenga un rango de ajuste de 16:1.

Con un motor de dos velocidades de 500/3000 rpm y un variador de relación de 6:1, el rango de control suave de la velocidad de la máquina se amplía a 36:1, lo que se logra mediante el uso de refuerzo después del variador.

El rango de control de velocidad de transmisión suave se puede mover al área de velocidades más altas o más bajas cambiando la velocidad de rotación del motor de varias velocidades. Si esto no es suficiente, se coloca una sobremarcha o un cambio descendente entre el motor y el variador, generalmente una correa en V o una correa.

Para una regulación suave de la velocidad en un rango relativamente pequeño de hasta 1:4 con un par de eje constante, un motor asíncrono con embrague deslizante.

La eficiencia de tal motor está determinada por la expresión η = 1 — s, donde s es el deslizamiento igual a la diferencia entre las velocidades de rotación del rotor y el eje de salida. Por lo tanto, en s = 80%, la eficiencia será solo del 20%. En este caso, todas las pérdidas de potencia se concentran en el tambor del embrague.

Al reemplazar un motor convencional de una sola velocidad por uno de varias velocidades en un accionamiento de embrague deslizante, es posible aumentar la eficiencia y ampliar el rango de regulación de velocidad de este accionamiento.Por ejemplo, en un motor de dos velocidades con una relación de cambio de polos de 2:1, el control de velocidad se realiza en pasos de relación 2:1, y en el intervalo entre estas velocidades y por debajo de ellas, el embrague deslizante realiza un ajuste suave. El rango de control general será 4:1 con una eficiencia mínima del 50%.

Debido al uso más completo de las propiedades de regulación de los acoplamientos (rango de control 5: 1), es posible extender el rango de control a 10: 1 a la eficiencia más baja (a la velocidad de rotación más baja del eje) η = 20 %

La aplicación de un motor de tres velocidades con devanado de polos conmutables 2p = 8/4/2 permite aumentar el rango de control a 8:1 con la eficiencia de accionamiento más baja η = 50 % y alcanzar el límite de control de 20:1 con la eficiencia a la velocidad más baja η=20%.