Los cabezales o husillos principales instalados en plotters de fresado y fresadoras de grabado suelen ser cabezales electrohusillos de inducción alimentados con un inversor. ¿Para qué sirve el inversor? El principio de funcionamiento del motor de inducción muestra que la velocidad del husillo en un estado estable es proporcional a la frecuencia de la corriente de alimentación (CA), de lo contrario, como en los motores de CC, donde la velocidad de rotación es proporcional al voltaje. Como se sabe, la frecuencia del suministro de corriente es de 50Hz y, por lo tanto, la velocidad del motor de inducción (con un par de polos) es de aproximadamente 50 rps, lo que da aproximadamente 3.000 r.p.m.
Si queremos cambiar la velocidad, necesitamos cambiar la frecuencia de la corriente de suministro, o cambiar el número de pares de polos. Aumentar el número de pares de polos permite reducir la velocidad de rotación del motor de inducción. Dos pares de polos dan: 50 Hz / 2 = 25 rps = 1500 rpm, tres pares de polos dan: 50 Hz / 3 = 16.7 rps = 1000 rpm. Sin embargo, de esta manera puede reducir solo la velocidad de rotación.
La solución a este problema es el uso del inversor. En primer lugar, el inversor rectifica la corriente alterna a corriente continua, luego genera corriente alterna con el voltaje y la frecuencia requeridos por el usuario. El motor de inducción tiene características de amplitud-frecuencia constantes, es decir, la relación entre la frecuencia y la amplitud de la tensión de alimentación debe ser constante. Esto implica que al cambiar la velocidad de rotación del motor de inducción cambiando la frecuencia, también deberíamos cambiar la tensión de alimentación del motor proporcionalmente. Esto se llama control U / f.
También hay otra forma de control del motor de inducción: el control vectorial. El control vectorial es un método que implica el control directo de la orientación del vector de campo magnético del estator sobre la base de transformaciones matemáticas complejas de los valores de las corrientes en cada devanado de motor individual.
El control vectorial se utiliza principalmente para reducir la velocidad de rotación de un motor de inducción. Las ventajas de este tipo de control se hacen evidentes principalmente en situaciones en las que la relación entre la velocidad de rotación y el patín es relativamente pequeña. En la situación en la que el uso del inversor está diseñado para aumentar significativamente la velocidad de rotación, por encima de 3.000 rpm, el uso de un inversor vectorial no tiene sentido, y a veces incluso puede causar un deterioro de los parámetros del variador debido al retraso en el cálculo de orientación posterior del área por el procesador del inversor.
Además, el inversor utilizado para el accionamiento del cabezal electrohusillo debe tener una frecuencia de conmutación mucho más alta (al menos 20 kHz) que los inversores de uso general, los más comunes en el comercio, donde la frecuencia de conmutación suele ser inferior a 6 kHz. Esto crea una corriente en la forma que no es sinusoidal, sino «rota y cuadrada», que no tiene mucho en común con una onda sinusoidal. Como resultado, hay pérdidas significativas en el estator del motor, lo que provoca un sobrecalentamiento del electrohusillo (especialmente del enfriado por aire) y, por lo tanto, acelera su desgaste.
Por razones similares, la frecuencia nominal máxima generada en el funcionamiento del inversor debe ser al menos 2 y preferiblemente 4 veces mayor que la frecuencia de corriente de suministro del cabezal husillo principal. Por ejemplo, el cabezal husillo principal de 24.000 r.p.m. debe alimentarse con la frecuencia de 400Hz, por lo que el inversor debe tener el rango máximo de aproximadamente 2000Hz.
Muchas máquinas CNC simples están equipadas con un inversor que controla el cabezal o husillo principal completamente independiente del sistema de control, acoplado solo a una señal que activa el cabezal o husillo principal. Esto provoca una situación en la que el sistema de control del CNC no sabe qué está pasando con el cabezal electrohusillo, si está sobrecargado o sobrecalentado y cuál es el valor actual de la velocidad de rotación. Además, el operario a menudo debe establecer la velocidad de rotación aproximadamente solo usando el ordenador desde la oficina. El inversor debe comunicarse constantemente con el sistema de control para seguir proporcionándole, por ejemplo, la carga actual del cabezal husillo, que se puede utilizar para el control dinámico de la velocidad de alimentación o para la detección de fallas, como la parada de la máquina, antes de que la herramienta se rompa o estropee el material a mecanizar.