Продолжаю восстанавливать токарный станок и сегодня речь пойдет про электрохозяйство. Но сначала немного про железо.
Разобрал коробку передач. Все валы, шестерни, направляющие и сам корпус надо будет отмыть от старой смазки солярой. Смазка в коробке какого-то непонятного грязно-ржавого цвета. Причем, смазка консистенцией похожа на старый солидол и еще немного жидкой фракции было на дне. Непонятно, это изначально так должно быть или просто от времени смазка так затвердела и расслоилась. Но в любом случае я туда буду заливать трансмиссионку GL5. Деталей из цветмета в коробке нет, так что должно работать нормально.
В принципе, общее состояние коробки неплохое. Все зубья шестерен целые (если не учитывать сильный износ в местах захода в зацепление). Все переключается как надо. В коробке 6 передач, 3 пары шестерен двигаются с помощью вилок по шлицам. А движением вилок управляет копировальный барабан с канавками. За один оборот барабана происходит перебор всех 6 скоростей.
Подшипники тоже в неплохом состоянии, в принципе их можно было и не менять, но раз уж разобрал, надо сделать как надо. По совету подписчика, приобрел дорогие подшипники известных иностранных фирм. Подшипники с маркировкой «ГПЗ» пока ставить не буду, приберегу их для менее ответственных применений.
Что не очень хорошо так это трещины в чугунном корпусе коробки. Одну трещину уже варили, но она пошла вновь. Две другие, в принципе, особо не мешают. Пока предварительно решил пропилить болгаркой в месте трещин канавки и залить это место эпоксидкой. Чисто чтобы через них не сочилось масло. Или второй вариант - не пилить, залить щель суперклеем. Он достаточно текучий, если не гелевый, сможет хорошо заполнить щель. Какой вариант лучше?
Также при сборке все сопрягаемые поверхности надо будет посадить на герметик.
Такое ощущение что фланцы крепления подшипников самодельные, выход вторичного вала переделан для возможности установки сальника.
Шпоночные соединения все разбиты, шпонки надо менять на новые. Это основная причина огромных люфтов в зацеплении шестерен. Где достать шпонки пока не нашел. На рынке говорят, раньше их можно было купить в виде длинных прутков и отрезать по мере необходимости, но последние несколько лет они пропали из продажи. Какая попало сталь под шпонку не подойдет, нужна специальная, определенной твердости.
Разобрал главный двигатель. Снял подшипники для замены. В принципе, они тоже были в неплохом состоянии. Их можно было бы отмыть от грязи, набить свежей смазкой и они бы еще походили. Но раз решил все менять, буду все менять на новое. Также заменил на дорогие импортные.
Также снял со станка фартук в сборе с суппортом. Пришлось немного повозиться, соединения на клинышках никак не хотели разбираться. Сразу обнаружилась и причина огромного люфта в продольной подаче – посадка вала ведущей шестерни была вся разбита, люфт более миллиметра. Над валом была сделана выемка (судя по всему кустарным способом, не с завода) для смазки этого узла. И через эту выемку на вал стала попадать грязь и стружка и стало только хуже. Абразив, застревая в смазке намного больше усилил износ вала чем если бы он просто крутился там насухую. В общем, это было чье-то глубоко ошибочное решение.
Номинальный диаметр вала был (судя по неповрежденной части) 22 мм, отверстие разбито до 23,5, причем неравномерно, полосами. Думаю с помощью сверла и развертки развернуть его до 24 мм. Вал также изношен неравномерно, в самой узкой части 21,3 мм, его необходимо проточить до 20 мм. В образовавшийся зазор планирую втулить бронзовую втулку от стабилизатора переднего SCANIA, сделав в ней пропил чтобы она могла сжаться в диаметре.
Смазка в фартуке также превратилась в непонятного цвета месиво с примесями опилок. Опилки и мусор могут лететь в фартук через щель выхода винта поперечной подачи. Надо будет с этим тоже что-то сделать, проложить хотя бы вспененной упаковочной губкой что ли. Находящийся на дне плунжерный насос от такой гадости вместо масла, конечно же закис, но мне удалось его аккуратно выбить, почистить и смазать. Теперь плунжер ходит легко и без заеданий.
Кроме шестерен автоматических подач, в фартуке находится механизм автоматического отключения подачи при перегрузке. Его работа тоже вызывает сомнения, как-то он слишком болтается вперед-назад. Непонятно пока, это так и должно быть или это тоже нехорошо. Буду еще разбираться.
Призмы на суппорте изношены, но, вроде, на мой непрофессиональный взгляд, еще походят.
Также занялся и купленным до кучи сверлильным станком. Там, конечно, тоже много что нужно было сделать. Все ручки на нем были сломаны, большая часть отсутствовала вовсе, резьбы сорваны. Приколхожена какая-то левая пружина от дивана. На двигателе отсутствует шкив. Шкив нужен с пятью ручьями. Такой я, конечно, не найду, его придется делать самому когда запущу токарный станок. А пока временно поставил первый попавшийся купленный шкив подходящего диаметра. Одной скорости станка на первое время будет достаточно. Также разобрал двигатель и заменил закисшие подшипники (также на хорошие японские). К сожалению, двигатель успел поработать на закисших подшипниках и посадочные места немного разбило. Подшипники на них садились очень свободно. Для защиты от проворота и дальнейшего износа посадочных мест, посадил все это дело на фиксатор резьбы. Шпоночный паз на двигателе также был разбит, поэтому когда напрессовал шкив, рассверлил шпоночные пазы шкива и вала подходящим сверлом, нарезал там резьбу и вкрутил в это место болт. Он пока побудет шпонкой.
Сорванные резьбы прошел метчиком, вместо рукояток вкрутил пока куски нарезанной метровой резьбовой шпильки. Вкрутил на предназначенные им места прессмасленки и надавил в механизм подъема смазки. Пружину заменил на новую. Как то так.
Теперь переходим к главной теме сегодняшнего повествования, а именно о том как теперь запустить трехфазный двигатель на 380 В от однофазной сети 220 В. Очень многие сталкиваются с такой проблемой, поскольку почти все промышленное оборудование, использующее асинхронные двигатели требует для питания 3 фазы 380 В. Такой двигатель стоит и в сверлильном станке, и в токарном. И даже вспомогательные маломощные двигатели помп прокачки масла и СОЖ тоже трехфазные.
Самое простое решение – протянуть в гараж или мастерскую три фазы. Это относительно несложно сделать если подключается частный дом, поскольку обычно по столбам на улице и так идут 3 фазы и просто раскидываются по очереди в каждый дом. В этом случае проблема связана больше с бумажной волокитой по оформлению всего этого безобразия. В случае с гаражным кооперативом все намного сложнее. Мало того что председателю всей этой бумажной волокитой заниматься не сильно то и охота, так еще и разводка по гаражам выполнена часто всего одной фазой, потому как когда это все строилось, не предполагалось что там будет стоять что-то мощнее лампочки Ильича. Именно так обстоят дела и в моем случае.
Сгенерировать 3 фазы можно и «на месте». Ведь 380 В – это три фазы по 220 В, каждая из которых сдвинута по фазе от соседней на 120 градусов.
Такой фокус может проделать любой частотный преобразователь, поскольку в нем исходное напряжение (фаза) выпрямляется до постоянного тока (обязательно с коррекцией коэффициента мощности). А потом из постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции снова генерируются, но уже три фазы, сдвинутые во времени на 120 градусов. При этом можно в некоторых пределах изменять частоту этих фаз, и, соответственно, частоту вращения асинхронного двигателя (поскольку в асинхронных двигателях частота питающей сети определяет частоту вращения ротора). Таким образом можно плавно разгонять и тормозить двигатель. Частотник – отличная штука, но цены пока еще кусаются. Хотя китайцы на али и предлагают варианты уже в пределах 10 т. р. На авито, например, предлагают от станций управления лифтом за 15 - 20 тыщ.
Но это у меня запланировано на потом (или купить или самому спаять), а пока я решил обойтись старым дедовским способом. С помощью пусковых конденсаторов. Дело в том что на индуктивностях и емкостях фазы напряжения и тока не совпадают. На индуктивностях фаза тока отстает от фазы напряжения, а на емкости наоборот, опережает. Таким образом, с помощью емкости можно сдвинуть фазу и добиться того чтобы фазы на всех трех выводах двигателя отличались примерно на 120 градусов. Схемы эти давно известны, таблицы необходимых емкостей конденсаторов давно рассчитаны и есть и в интернетах и в бумажных изданиях. Минус этого способа – максимальная мощность двигателя снижается, его нельзя нагружать больше 70% его максимальной мощности. Но есть и еще одно но.
Дело в том, что для разной мощности требуются разные емкости. Например, если асинхронный двигатель крутится вхолостую, то он практически не потребляет мощности и емкость для третьей фазы должна быть невелика. Наоборот, если двигатель работает под полной нагрузкой, близкой или равной максимальной для этого двигателя, емкость должна быть такая как в строке таблицы для этой мощности. А в режиме разгона, когда двигателю необходимо разогнать не только себя, а еще и механизм который он приводит в движение, эта емкость должна быть еще большей. Для этого схему пуска обычно модернизируют и разделяют емкость на пусковую и рабочую. Рабочая емкость включена все время и выбрана соответствующей рабочей нагрузке двигателя. А на время пуска параллельно ей добавляется пусковая, которая подключается дополнительной группой контактов в пусковой кнопке. Пусковая емкость подключена только пока оператор держит нажатой кнопку «ПУСК».
Но и такой вариант пригоден только для двигателей приводов и механизмов, работающих постоянно на одной и той же мощности, которую можно примерно оценить и выбрать соответствующую ей емкость. Это, например, двигатели вентиляторов, насосов. Они всегда нагружены на примерно одну и ту же величину.
С двигателями станков все кардинально не так. Когда станок только включили, он крутится вхолостую, практически не потребляя мощности (механическая энергия расходуется только на трение в ремнях и подшипниках). Двигатель станка начинает потреблять существенную мощность только когда на нем начинают обрабатывать деталь и создается сопротивление его вращению. И оно тоже всегда разное, зависит от выбранной скорости вращения шпинделя и режима резания. Какую в этом случае емкость выбрать? Если емкость будет сильно больше или сильно меньше необходимой в данный момент, создаваемое третьей фазой магнитное поле будет мешать нормальному вращению ротора и двигатель при этом будет потреблять повышенный ток и издавать громкий неприятный гул.
Единственный, на мой взгляд, рабочий вариант для таких механизмов – полностью отказаться от рабочей емкости (ну, или выбрать ее очень маленькой, в пределах 5-10% от номинала по таблице). Использовать конденсатор только для пуска двигателя. Недостаток этого – еще большее снижение максимальной мощности. Но в моем случае это не играет роли, поскольку двигателя 4,5 кВт для моих целей использования станка - это очень много. Даже если мощность упадет на 50% (в два раза), до 2 кВт, этого все равно будет с избытком.
Есть еще один способ пуска трехфазных двигателей. От другого трехфазного двигателя. Поскольку все электрические машины обратимы, двигатель легко может превратиться в генератор. Запустив любым способом трехфазный двигатель (хоть «с толкача», хоть с помощью конденсатора) от однофазной сети, он начинает генерировать на своей третьей неподключенной фазе необходимое напряжение с необходимым сдвигом. Подключив параллельно такому двигателю другой – тот без проблем стартует, словно его подключили к обычной сети 380 В. Единственное, мощность двигателя в режиме генератора должна быть больше мощности нагрузки хотя бы с запасом в 2 раза. И на шкив этого двигателя желательно навесить болванку потяжелее для создания некоторой инерции чтобы этот двигатель не остановился во время пикового потребления при запуске другого двигателя.
Таким образом я хочу запитать двигатель помпы СОЖ. Поскольку подавать СОЖ чаще всего необходимо только во время работы главного привода, двигатель главного привода может стать генератором фазы для маломощного двигателя помпы. Таким образом можно сэкономить на отдельной схеме пуска для двигателя помпы СОЖ.
Аналогичным образом можно было бы запитать и помпу маслонасоса, но это нежелательно, поскольку пока помпа не прокачает масло в переднюю бабку, шпиндель будет работать насухую, вызывая при этом повышенный износ редких и дорогих опорных подшипников. Ситуацию усугубляет то, что масло, необходимое для его смазки (индустриальное масло) обладает очень малой вязкостью и практически не задерживается на стенках и не создает масляной пленки. У меня в связи с отсутствием родной маслостанции вообще планируется колхоз с отдельным двигателем от стиралки и пластинчатым насосом, соединенных резиновой муфтой из куска шланга. Вот, кстати, фото.
Производительность насоса велика, целых 8 л/мин. Ну уж какой удалось найти. Но двигатель от стиралки при работе на малой скорости крутится в 4 раза медленнее чем это необходимо насосу, поэтому и ориентировочная производительность будет где то в районе 2 л/м, что хоть и тоже много, но вполне приемлемо. Осталось собрать это в кучу, закрепить на какой ни будь деревяшке двигатель и насос, приделать расширительный бачок от жигулей и масло должно пойти. Несмотря на то что резьба входного и выходного отверстий у насоса метрическая, туда без особых проблем вкрутились магазинные штуцеры на 1/2 и 3/8. В штуцере на 3/8 только пришлось немного плашкой подрезать резьбу. Хотел еще впендюрить в масляную магистраль еще и масляный фильтр, фильтровать всякий мелкий мусор, но масляного фильтра в проточном варианте исполнения в автомагазинах не нашел. Видно, не очень ходовой товар. Ставить топливный, наверное, нельзя, у масла намного больше вязкость, насос может просто выдавить фильтрующий элемент. Но, это надо пробовать.
Еще одна проблема, связанная с пуском двигателя заключается в том, что двигатели на 380 обычно включены звездой, межфазное напряжение 380 В. Для включения в сеть 220 В обмотки необходимо перекоммутировать в треугольник. В этом включении межфазное напряжение у двигателя становится 220 В. Если двигатель звездой 380В включить в сеть 220 В ничего страшного не произойдет, ничего не сгорит, двигатель будет крутиться, но не будет развивать необходимой мощности, поскольку напряжение на нем будет 60% от номинала. То есть, кроме того что мощность упала от работы в однофазной сети, еще мощность упадет и от несоответствия напряжения, в итоге мы получим всего 20-30% от номинальной мощности. Этого, конечно, уже слишком мало. Запас по мощности какой-никакой, а должен быть.
Однако очень часто асинхронные двигатели выпускаются без возможности ручного переключения обмоток в коммутационной коробке. Например, все двигатели которые мне попадались, были такие. Из них просто выходит 3 провода и ничего с этим поделать нельзя. Как то давно я разбирал один двигатель, находил внутри точку соединения трех обмоток и выводил ее наружу тремя отдельными проводами. Вроде все получилось, двигатель заработал, но работенка эта та еще. Я все проклял, выпрессовывая и заново запрессовывая подшипники. Без необходимого инструмента и приспособлений можно много что испортить. Например, посадить с перекосом подшипники, которые после этого начнут очень быстро изнашиваться. А еще практически всегда обмотка статора залита эпоксидкой и ковыряя ее можно запросто повредить саму обмотку.
Я решил поступить проще. Если нельзя перекоммутировать обмотки, значит нам ничего не остается как только повысить напряжение до 380 В. Однофазное 220 В превратить в однофазное же 380 В. Сделать это можно с помощью повышающего трансформатора. Единственное, такой трансформатор на 3-4 кВт будет размером со сварочный, весить примерно так же и ко всему прочему еще и влетит в копеечку. Если вообще повезет такой найти. Сэкономить тут можно, включая трансформатор по автотрансформаторной схеме. В этом случае необходим трансформатор с обмотками на 220 и 160 В. На те же 2 кВт выходной мощности автотрансформатор уже должен будет иметь мощность всего 840 Вт, что уже более приемлемо. Я использовал трансформаторы от ИБП. Их сейчас можно купить весьма недорого, поскольку старые ИБП сейчас массово списываются, а сдавать такие трансформаторы на медь не очень то и выгодно, поскольку у них проваренный магнитопровод и они без болгарки не разбираются. Я очень удачно приобрел в свое время весьма недорого 10 шт таких трансформаторов. Они имеют на силовой обмотке напряжение порядка 15-16 В. Если эти обмотки соединить последовательно, можно получить 160 В. Если потом эти 160 В включить последовательно синфазно со входным напряжением, мы получим так необходимые нам 380 В.
Чем еще хорош этот способ так это тем что можно не париться с заменой пускателей, трансформаторов местного освещения и пр. электрической арматуры, на аналогичные, но на напряжение 220 В. С повышающим трансформатором они будут работать в номинальном режиме. Вообще, в схеме вообще можно использовать часть пускателей на 220 и часть на 380 В, поскольку есть в наличии оба напряжения.
Трансформаторы я смонтировал в подходящем по размеру железном ящике. На переднюю панель вывел вольтметры входного и выходного напряжений, амперметр потребляемого нагрузкой тока и контрольные лампочки. Единственное, в ящик влезло не 10, а только 9 трансформаторов. Недостающее напряжение я добрал, соединив параллельно 6 маломощных обмоток на 18 вольт. Они все вместе по сечению становятся равными силовой.
Вход защищен сдвоенным автоматом на 25 А. От одного такого трансформатора может питаться токарный станок, сверлильный станок, а также прочие станки, которые, возможно, появятся в будущем. От отводов трансформатора также берется напряжение 30 и 45 В, которое затем выпрямляется и его предполагается использовать для торможения двигателя постоянным током. Тумблером можно выбрать напряжение или 30 или 45 В, соответственно меняется скорость замедления ротора. От маломощных обмоток двух трансформаторов, соединенных последовательно предполагается питать светодиодную лампочку на 36 В для местного освещения, а от оставшейся маломощной обмотки запитать лампочки индикации. Вот примерная схема.
Рассмотрим схемы пуска двигателя. Для сверлильного станка схема относительно простая.
При нажатии кнопки «ВПЕРЕД» через одну пару контактов срабатывает пускатель и самоблокируется, подавая напряжение на две фазы. Через другую пару контактов подается напряжение через пусковой конденсатор на третью фазу. Кнопку необходимо держать нажатой доли секунды, пока двигатель не раскрутится. После этого кнопку можно отпустить. При нажатии другой кнопки «НАЗАД» так же срабатывает пускатель и самоблокируется, но напряжение на пусковой конденсатор подается с другого провода и двигатель начинает раскручиваться в обратную сторону. Зачем надо крутить сверло в обратную сторону я не знаю, но поскольку такая логика работы была у станка изначально, я ее сохранил. При нажатии кнопки стоп цепь питания контактора разрывается и станок обесточивается. На входе схемы также стоит защитный автомат. На схеме не нарисовано, но заземление тоже обязательно должно быть. Для безопасности.
Контактор на схеме нарисован условно, в реальности для такого небольшого станка достаточно любого, самого маломощного пускателя, имеющего всего три замыкающих контакта.
Для запуска двигателя токарного станка можно было бы применить аналогичную схему, за исключением того что пусковая емкость должна быть в несколько раз больше. Я так и хотел сделать вначале, с управлением от кнопок. Даже приобрел кнопочный пост для этого. Но потом все же решил оставить управление от штатного барабанного переключателя станка. Этот переключатель БП1-153 имеет три фиксированных положения «ВПЕРЕД», «СТОП» и «НАЗАД». В положениях «ВПЕРЕД» и «НАЗАД» замкнута соответствующая пара контактов. Схема примерно такая:
Каждая пара контактов включает свой собственный пускатель. Пускатель подает напряжение на пусковую емкость и подает питание на две фазы двигателя. В этом варианте вместо того чтобы менять место подключения конденсатора, я решил менять фазировку подачи питания на двух фазах. Как уже было сказано выше, для станка после запуска пусковую емкость желательно отключать. Это можно делать, например, с помощью реле времени. Я решил сделать это попроще, подключив еще один контактор к третьей фазе. Когда двигатель раскрутится, на третьей фазе появляется достаточное напряжение для срабатывания пускателя. Пускатель разрывает цепь пусковой емкости и шунтирует добавочное сопротивление в цепи питания двух фаз. Сопротивление обеспечивает более плавный разгон двигателя и снижает пусковой ток. Это желательно в гаражах со слабой проводкой. Это сопротивление должно быть низкоомным и очень мощным. В качестве него подойдет, например, комфорка от электропечи. Выбирая количество включенных нагревательных элементов, можно настроить оптимальную скорость разгона. Также этот пускатель разрешает подачу напряжения на помпу СОЖ, которая затем включается штатным пакетником. Сопротивление в цепи контактора показано условно, возможно оно и не потребуется. Им я планирую подбирать точный момент срабатывания пускателя (при необходимости).
Пускатели «ВПЕРЕД» и «НАЗАД» взаимоблокируются нормально разомкнутыми контактами. Если включен один, цепь включения другого разорвана. Когда оба пускателя выключены, замыкается цепь четвертого пускателя, который подключает к двум фазам двигателя постоянный ток 30 или 45 В. Этот пускатель включается кратковременно, на доли секунды для остановки шпинделя. Кратковременность обеспечивает схема DA3 в квадратике, которая представляет собой реле времени на широко известной микросхеме NE555 или ее аналогах.
Кстати, в этой схеме цепи управления пускателями питаются от 220 В, соответственно, сами пускатели с катушками на 220 В. Только пускатель, который срабатывает от третьей фазы, должен быть на 380 В. Если есть в наличии пускатели на 380 В, тогда цепь 220 В можно подключить к цепи 380 В.
Пара слов о пусковой емкости. Для пуска двигателя станка необходима достаточно большая емкость и на достаточно высокое напряжение, не менее 650 В. Набирать такую емкость из советских металлобумажных конденсаторов не очень удачная идея, особенно если их нет под рукой. Такая батарея займет огромный объем и влетит в хорошую такую копеечку. Современные пусковые конденсаторы более малогабаритны, но также способны пробить хорошую брешь в бюджете. Очень привлекательным вариантом является использование полярных (электролитических) конденсаторов. Они имеют высокую емкость при небольших габаритах. Их можно, например, относительно бесплатно надергать на платах старых ламповых мониторов, телевизоров и любой другой техники, имеющей импульсный блок питания и большую «сетевую» емкость после выпрямителя. Правда, максимальное напряжение у них обычно 400 – 450 В, поэтому для работы в цепях 380 В мне их придется включать 2 шт последовательно. Например, так.
Для работы на переменном токе такие пары включаются встречно последовательно и шунтируются защитными диодами. При положительной полуволне работает один конденсатор, при отрицательной – другой. Высокоомные резисторы служат для разрядки батареи после снятия с нее напряжения и для выравнивания потенциалов. Такая схема подойдет для сверлильного станка. Вот она в собранном виде.
Для токарного станка надо существенно большую емкость. При последовательном включении двух конденсаторов суммарная емкость равна половине от емкости одного конденсатора. Поэтому чтобы добрать до необходимой емкости включим параллельно две такие цепочки. Если во второй цепочке конденсаторы развернуть в обратную сторону, то в качестве защитных диодов можно использовать готовый диодный мост. Примерная схема.
Очень важное замечание для тех, кто захочет использовать такую схему для пуска и постоянной работы трехфазных двигателей: данная схема предназначена только для кратковременной работы, только на время пуска. Длительно батарея из электролитических конденсаторов работать не может, эти конденсаторы не терпят большую реактивную мощность, разогреваются и вспухают. А в кратковременном режиме все норм.
Вот все, что я хотел рассказать. Свои замечания и предложения прошу писать в комментариях. Надеюсь эта информация будет для кого то полезной.