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 .

Подпись: hПодпись: 2rПодпись: 2R

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