Уменьшение энергопотребления швейными машинами при замене электропривода

При замене фрикционного привода швейных машин на частотно-регулируемый изменяется режим работы асинхронного электродвигателя. У фрикционного привода электродвигатель работает постоянно с переходом от режима холостого хода в режим нагрузки при выполнении технологической операции. В частотно-регулируемом приводе электродвигатель включается только на момент выполнения технологической операции.

Для выполнения на швейных машинах различных операций электропривод помимо основной функции вращения главного вала должен обеспечивать повторно-кратковременный режим работы, автоматический и ручной пуск швейной машины, автоматический останов швейной машины по окончании операции с иглой в заданном положении. Изменение частоты вращения главного вала швейной машины в зависимости от выполняемой технологической операции должно происходить при соответствующей команде от системы управления, причем время пуска и останова швейной машины должно быть минимальным (0,4—0,5 с).

Для обеспечения указанных режимов работы швейные машины известных мировых фирм-производителей таких как: «Juki» (Япония), «Durkopp», «Pfaff», «Strobel» (Германия), «Sun Star» (Корея) и др., оборудованы частотно-регулируемым электроприводом с электронной системой управления.

В процессе выполнения исследований ставилась задача объединения в единую систему различных по природе функционально законченных элементов асинхронного привода с помощью унифицированных сопрягающих устройств-интерфейсов.

В результате была разработана система частотного управления асинхронным электроприводом, которая позволяет значительно повысить скоростные характеристики швейной машины, сократить время на вспомогательные операции, и, соответственно, существенно увеличить производительность труда, а так же снизить потребление электроэнергии.

Мощность, потребляемая электроприводом из сети, отличается от мощности на валу швейной машины на значение мощности потерь в электроприводе, т. е. .

Чем меньше потери. Тем больше КПД электропривода. Мощность потерь складывается из мощности электрических, магнитных и механических потерь. Электрические потери возникают в обмотках статора и ротора, т. е. (здесь — потери в обмотке статора и — потери в обмотке ротора). Магнитные потери в магнитопроводе возникают за счет явлений гистерезиса и вихревых токов в статоре и роторе, т. е.. Потери механические вызваны силами трения в подшипниках о скользящую среду .

На основе изложенного.

. (1).

Выражение (1) можно упростить, если пренебречь магнитными потерями в пакете ротора из-за их малости в сравнении с другими слагаемыми. Поэтому практически можно считать, что.

.

Мощность, передаваемая магнитным полем от статора к ротору, есть мощность, потребляемая из сети за вычетом потерь в статоре, т. е.

.

Потери в роторе составляют, поэтому.

.

Мощность на валу двигателя отличается от механической на значение механических потерь, т. е.

На энергетической диаграмме, представленной на рис. 1а, показано распределение мощностей и потерь во фрикционном электроприводе (ФЭП) швейной машины и частотно-регулируемом электроприводе (ЧРЭП) (рис. 1б).

а).

б) Рис. 1. Энергетические диаграммы: а) — энергетическая диаграмма ФЭП; б) — энергетическая диаграмма ЧРЭП

Следует отметить, что магнитные потери при изменении нагрузки двигателя от холостого хода до номинальной, являются постоянной величиной, т. е. не зависят от нагрузки. Механические потери в электродвигателе мало зависят от нагрузки. Для фрикционного электропривода следует учитывать потери мощности от фрикционной муфты, маховика и контрпривода. Поскольку асинхронный электродвигатель в фрикционном электроприводе остается включенным и работает на холостом ходу постоянно в период между проведением технологических операций на швейной машине, то следует учитывать, то, что воздушный зазор между ротором и статором увеличивает магнитное сопротивление магнитопровода и в статоре трехфазного асинхронного двигателя составляет 20−45% номинального тока статора.

В таблице 1 проведены расчеты потребления электроэнергии швейными машинами с ФЭП и ЧРЭП.

Таблица 1. Расчеты потребление электроэнергии ФЭП и ЧРЭП.

По данным таблицы 1 построены диаграммы потребления электроэнергии ФЭП и ЧРЭП (рис. 2).

а).

б).

в) Рис. 2. Диаграммы потребления электроэнергии ФЭП и ЧРЭП: а) — за одну технологическую операцию; б) — за один рабочий день; в) — за год

Таким образом, у швейной машины, работающей от частотно-регулируемого электропривода потребление электроэнергии в среднем на 24−28% меньше, чем у швейной машины с фрикционным электроприводом, сократилось время на вспомогательные операции в среднем на 12%.

асинхронный привод частотный.