4.2. Електропривод
Електропривод
застосовується в більшості машин взуттєвих і швейних виробництв, а також у
побутовій техніці. Частіше при цьому застосовують асинхронні електродвигуни.
Вибір типу двигуна залежить від характеру зміни навантаження, що сприймається,
і моменту, який розвиває двигун в залежності від швидкості ведучого валу машини
або двигуна. Ці зміни визначаються так званими механічними характеристиками
машини і двигуна
.
Механічна
характеристика асинхронного трьохфазного двигуна змінного струму має чотири
характерні точки (рис. 4.2). Точка а відповідає синхронній швидкості обертання вала
двигуна, при якій момент на валу двигуна дорівнює нулю. Точка б визначає
номінальну швидкість
і номінальний момент
на валу двигуна при
номінальному навантаженні. Точка в відповідає максимальному моменту
і допустимій швидкості
обертання
двигуна.
Рис. 4.2
Якщо
момент на валу двигуна буде перевищувати , то двигун зупиняється.
Точка г
відповідає початковому пусковому моменту двигуна при кутовій
швидкості вала рівній нулю. Для пуску двигуна необхідно, щоб момент опору на
його валу був меншим пускового моменту двигуна.
Ділянка
г-в механічної характеристики двигуна є нестійкою, через те, що будь-яка
зміна навантаження на валу двигуна приводить до його зупинки або виходу на
номінальний режим роботи. Ділянка а-б-в – стійка і називається робочою.
На робочій ділянці значна зміна моменту не викликає суттєвої зміни частоти
обертання двигуна.
Механічну
характеристику на робочій ділянці у першому наближенні можна представити у
вигляді:
(4.1)
де – коефіцієнт
пропорційності, який чисельно дорівнює тангенсу кута нахилу прямої, проведеної
через точки а і б;
– кутова швидкість
вала двигуна.
Якщо
виникає потреба дослідити перехідний процес приводу на робочій ділянці, то
механічну характеристику доцільно апроксимувати параболою:
(4.2)
де А, В, С – коефіцієнти
параболи. Визначаються інтерполяційним або квадратичним наближенням до
механічної характеристики; в першому випадку необхідно відмітити три її точки,
наприклад а, б і в.
Потужність
електродвигуна встановлюється за навантажувальною характеристикою машини, яку у
загальному випадку можна представити у вигляді графіка або
, де
– відповідно моменти і
потужність;
– час (рис. 4.3).
Розрізняють
три основні режими роботи двигуна: тривалий, повторно-короткочасний,
короткочасний.
Рис. 4.3.
Навантажувальна характеристика машини
Для
тривалого режиму роботи двигуна і змінного навантаження номінальний момент на
валу двигуна визначається за еквівалентними моментом:
, (4.3)
з урахуванням перевантаження ,
де – момент, який повинен
розвинути двигун на і-тому відрізку;
– тривалість і-того
відрізку;
– тривалість повного
циклу роботи машини;
– найбільший момент по
графіку навантажень;
– коефіцієнт
допустимого перевантаження двигуна.
Повторно-короткочасний
режим роботи двигуна характеризується короткими періодами навантаження,
паузами, протягом яких двигун вимкнуто з мережі.
Еквівалентний
момент для цього випадку:
(4.4)
де – відповідно пусковий
і гальмівний моменти;
– тривалість пуску та
гальмування;
– тривалість паузи;
– коефіцієнт, що
залежить від типу і потужності двигуна;
Для захищених двигунів
серії
; для закритих двигунів
Для
короткотривалого режиму роботи двигуна його потужність вибирається за умови
перевантаження:
.
Такий
режим роботи двигуна трапляється в машинах для виконання допоміжних процесів,
коли за час роботи двигун не встигає нагрітися до встановленої температури і
повністю охолоджується до температури навколишнього середовища за період паузи.
Широкого
розповсюдження набули електроприводи з фрикційними муфтами. Вони застосовуються
у швейних машинах загального призначення, в машинах для виконання обтяжних
операцій, тощо. Принципова схема приводу з фрикційною муфтою швейних машин
подана на рис. 4.4.
Ведучою
частиною привода є півмуфта 1, а веденою частиною – півмуфта 2,
що кріпиться на валу 3. Вал розташовано у підшипниках стакана 4,
який має можливість осьового переміщення в напрямній 5. На правому кінці
вала 3 закріплений шків 6, який з’єднано пасовою передачею з
ведучим валом швейної машини. Між стаканом 4 і станиною знаходиться
пружина 7, що притискає ведену частину муфти до нерухомого гальмівного
кільця 8. У неробочому стані ведена півмуфта пружиною притиснута до
кільця і не обертається, а ведуча обертається з постійною швидкістю, що рівна
швидкості холостого ходу електродвигуна . Для вмикання муфти необхідно стакан 4 разом з
півмуфтою 2 перемістити ліворуч і притиснути його до ведучої півмуфти з
силою
.
Рис.
4.4.
Якщо
момент на валу ведучої півмуфти , момент опору
веденої півмуфти
постійний, коефіцієнт тертя
між поверхнями
півмуфти відомий, а середній радіус поверхонь дотику муфти
, де
– зовнішній і
внутрішній радіуси поверхонь дотику.
Рівняння
руху ведучої півмуфти запишеться:
(4.5)
а веденої півмуфти:
(4.6)
де – приведенні моменти
інерції ланок, з’єднаних із ведучою і веденою півмуфтами.
З
рівняння (3.5) знаходимо:
де –початкова кутова швидкість.
Звідки
(4.7)
Рівняння
(4.6) можна представити у вигляді
тоді, враховуючи, що при швидкість
(4.8)
Бачимо,
що під час розгону
змінюється по закону прямої лінії.
Для
усталеного руху скористаємося рівнянням (4.7), підставивши в нього замість
і
замість
.
Маємо:
де – початкова кутова
швидкість півмуфти під час руху з однаковими швидкостями.
На рис.
4.5 наведенні графіки зміни кутових швидкостей ведучого вала машини, вала двигуна
і потужності двигуна протягом циклу роботи машини. Дослідження показують, що
робота багатьох машин, в тому числі швейних, відбувається при частих розгонах і
зупинках (до 1200 вмикань за годину).
Потужність
двигуна під час
розгону різко зростає і може перевищувати номінальну в 3 рази. Після зчеплення
півмуфт потужність двигуна падає і стає мінімальною при усталеному русі.
Потужність, що споживається при холостому ході в три рази менша за номінальну.
Рис. 4.5.
Графіки функцій