Os cabeçotes principais ou fusos instalados em plotters de fresagem e fresadoras de gravura são geralmente cabeçotes de e fuzo elétrico de indução acionados por um inversor. Para que serve o investidor? O princípio de funcionamento do motor de indução mostra que a velocidade do fuso em regime permanente é proporcional à frequência da corrente de alimentação (CA), caso contrário, como nos motores CC, onde a velocidade de rotação é proporcional à tensão. Como se sabe, a frequência da alimentação de corrente é de 50 Hz e, portanto, a velocidade do motor de indução (com um par de polos) é de cerca de 50 rps, o que dá cerca de 3.000 rpm.
Se quisermos mudar a velocidade, precisamos mudar a frequência da corrente de alimentação ou mudar o número de pares de polos. O aumento do número de pares de polos permite reduzir a velocidade de rotação do motor de indução. Dois pares de polos fornecem: 50 Hz / 2 = 25 rps = 1500 rpm, três pares de polos fornecem: 50 Hz / 3 = 16,7 rps = 1000 rpm. No entanto, desta forma, você só pode reduzir a velocidade de rotação.
A solução para esse problema é o uso do inversor. Primeiro, o inversor retifica a corrente alternada para corrente contínua e, em seguida, gera a corrente alternada com a tensão e a frequência exigidas pelo usuário. O motor de indução possui características de amplitude-frequência constantes, ou seja, a relação entre a frequência e a amplitude da tensão de alimentação deve ser constante. Isso implica que, ao alterar a velocidade de rotação do motor de indução, alterando a frequência, devemos também alterar a tensão de alimentação do motor proporcionalmente. Isso é chamado de controle U / f.
Existe também outra forma de controle do motor de indução: o controle vetorial. O controle vetorial é um método que envolve o controle direto da orientação do vetor do campo magnético do estator com base em complexas transformações matemáticas dos valores das correntes em cada enrolamento individual do motor.
O controle vetorial é usado principalmente para reduzir a velocidade de rotação de um motor de indução. As vantagens desse tipo de controle ficam evidentes principalmente em situações onde a relação entre a velocidade de rotação e o patim é relativamente pequena. Na situação em que o uso do inversor é projetado para aumentar significativamente a velocidade de rotação, acima de 3.000 rpm, o uso de um inversor vetorial é inútil, e às vezes pode até causar uma deterioração dos parâmetros do inversor devido ao atraso na área posterior cálculo de orientação pelo processador do inversor.
Além disso, o inversor usado para acionar o cabeçote do fuzo elétrico deve ter uma frequência de chaveamento muito maior (pelo menos 20 kHz) do que os inversores de uso geral, o mais comum no comércio, onde a frequência de chaveamento é geralmente inferior a 6 kHz. Isso cria uma corrente na forma que não é senoidal, mas “quebrada e quadrada”, que não tem muito em comum com uma onda senoidal. Como resultado, há perdas significativas no estator do motor, o que faz com que o fuso do motor (especialmente o refrigerado a ar) superaqueça e, assim, acelera seu desgaste.
Por motivos semelhantes, a frequência nominal máxima gerada na operação do inversor deve ser pelo menos 2 e de preferência 4 vezes superior à frequência da corrente de alimentação do cabeçote do fuso principal. Por exemplo, a cabeça do eixo principal de 24.000 rpm Deve ser alimentado com frequência de 400 Hz, portanto o inversor deve ter a faixa máxima em torno de 2.000 Hz.
Muitas máquinas CNC simples são equipadas com um inversor que controla o fuso principal ou fuso totalmente independente do sistema de controle, acoplado apenas a um sinal que aciona o fuso principal ou fuso. Isto provoca uma situação em que o sistema de comando CNC desconhece o que se passa com o fuso elétrico, se está sobrecarregado ou sobreaquecido e qual é o valor atual da velocidade de rotação. Além disso, o operador geralmente precisa definir a velocidade de rotação de maneira aproximada, usando apenas o computador do escritório. O inversor deve se comunicar constantemente com o sistema de controle para continuar a fornecê-lo, por exemplo, a carga atual do cabeçote do fuso, que pode ser usado para controle dinâmico da velocidade de alimentação ou para deteção de falha, como parada da máquina, antes que a ferramenta pare ou danifica o material a ser usinado.