Режимы работы электродвигателя металлообрабатывающего станка

В конструкции станка используется довольно большое количество электродвигателей, они устанавливаются на шпиндель, приводят в движение оси, конвейеры удаления стружки или выгрузки деталей. Каждый из этих двигателей имеет разный режим работы, продолжительный или кратковременный, нагруженный или же холостой. В зависимости от этих параметров работы различают 10 номинальных режимов работы электродвигателя, которые описаны в ГОСТ Р 52776-2007. Каждый режим имеет условное обозначение от S1 до S10.

Разберем каждый из этих режимов подробнее:

S1 – продолжительный режим работы двигателя

Такой режим характерен постоянными нагрузками продолжительное время, достаточное для того, чтобы электродвигатель прогрелся до неизменной рабочей температуры. Ниже приведены три графика, которые наглядно показывают, как нагружается двигатель, как изменяются потери и температура. 

Р – это нагрузка, на графике видно, что двигатель испытывает постоянную нагрузку с самого начала цикла.

Р_э – это потери энергии, которые неизбежно возникают при преобразовании электрической энергии в механическую, в случае с электродвигателем это электрические потери. Они рассчитываются по формуле:

Где r_vi – это сопротивление на обмотке двигателя, а I_i– это сила тока, которая течет по этой обмотке. Эти значения получают путем практического измерения. Потери рассчитываются для каждой обмотки двигателя отдельно, поэтому общие потери двигателя являются суммой потерь всех его обмоток. На графике видно, что потери не изменяются при постоянной нагрузке, так как сопротивление на обмотках электродвигателя тоже не изменяется. 

Θ_max – это максимальная температура электродвигателя. Этот параметр можно получить путем измерений. На графике видно, что после определенного времени работы электродвигателя с постоянной нагрузкой температура не меняется. Это значит, что охлаждение двигателя справляется нормально.

S2 – кратковременный режим работы двигателя

В таком режиме электродвигатель работает определенное время (Δt_p) после чего останавливается, чтобы охладится до температуры окружающей среды.

 

Как и в предыдущем режиме, нагрузка и потери остаются неизменными на всем протяжении времени Δt_p. За это время двигатель нагревается до температуры Θ_max, после чего останавливается. Δt_pэто величина имеет нормы, равные 15, 30, 60 и 90 минутам, в связи, с чем при указании режима работы S2 необходимо указывать Δt_p, например S2 60 мин.

S3 – повторно кратковременный режим работы

Этот режим работы характерен повторяющимися рабочими циклами, с постоянной нагрузкой, которые прерываются на определенный временной промежуток (Δt_отк), за который двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

 

Величина Т – это цикл включения от пуска до пуска, который так же включает в себя время остановки двигателя. Этот режим характеризуется продолжительностью включения в процентном соотношении, и рассчитывается по формуле:

 

Продолжительность включения так же является нормируемой величиной и имеет нормы в 15, 25, 40 и 60 %.

S6 – перемежающийся режим работы электродвигателя

Этот режим работы характерен сменяющимися холостыми режимами и режимами работы под нагрузкой. Остановка в таком режиме отсутствует.

 

На графике видно время работы с постоянной нагрузкой - Δt_p., время работы в холостом режиме – Δt_о., и время цикла – Т. Так же можно заметить что электрические потери при отсутствии нагрузок значительно меньше, это связано с понижением сопротивления на катушках электродвигателя. Так же как и S3, данный режим характеризуется продолжительностью включения в процентном соотношении, которое рассчитывается по формуле:

Как было сказано выше, этот параметр нормированный и указывается всегда с продолжительностью включения, например S6 60%.

Эти режимы являются основными, которые используются для двигателей станков, но существуют и другие режимы, которые встречаются в других областях:

S4 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов. В таком режиме пуск двигателя происходит достаточно продолжительное время и влияет на изменение его температуры. 

S5 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и торможением. Этот режим включает в себя достаточно длительное время пуска, которое влияет на его температуру, время работы с постоянной нагрузкой, время торможения и время полной остановки двигателя.

S7 – перемежающийся режим работы двигателя с влиянием пусковых процессов и торможения. Данный режим работы двигателя характерен отсутствием остановки двигателя, режимом работы с постоянной нагрузкой, режимом работы без нагрузки, длительным процессом пуска, влияющим на его температуру, а так же торможением. 

S8 – перемежающийся режим работы двигателя с периодически изменяющейся частотой вращения. Так же, как и предыдущий режим не содержит остановок двигателя, но содержит цикл работы с постоянной нагрузкой на заданной частоте вращения, за которым следует один или более циклов при других постоянных нагрузках и другой частоте вращения. 

S9 – режим работы электродвигателя с непериодическими изменениями, нагрузки и частоты вращения. В отличии от режима S8 в данном режиме смена нагрузки и частоты вращения происходит не периодично. Для такого режима работы характерны перегрузки. 

S10 – режим работы электродвигателя с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения. Этот режим работы с непостоянными нагрузками и частотой вращения, которые сохраняются достаточно длительное время, чтобы температура достигла неизменной величины. При этом, нагрузка может достигать нулевого значения (холостой ход или режим покоя).

Режимы работы S1, S3 и S6 - наиболее подходящие для двигателей шпинделя, поэтому в характеристиках станка часто можно видеть параметр мощности и момента в нескольких режимах.

В режиме S1 двигатель может длительное время работать с допустимой нагрузкой, и его температура будет стабильна и перегрева двигателя не произойдет. Современные фрезерные станки с ЧПУ очень часто используют для обработки сложных фасонных поверхностей. Такая обработка может длиться очень долго, поэтому двигатель шпинделя должен быть приспособлен для работы в этом режиме. При операциях сверления листового материала шпиндель станка работает в режиме S3, с постоянными остановками, так как после завершения операции требуется замена готовой детали на заготовку. За это время температура двигателя шпинделя успевает снизиться до температуры окружающей среды. Таким образом, двигатель шпинделя должен иметь номинальный режим работы S3.

Бывают ситуации, при которых толщина удаляемого материала не равномерна. Это приводит к дискретным нагрузкам на двигатель шпинделя. Или использование функции постоянной скорости резания на токарных станках приводит к изменению частоты вращения в зависимости от диаметра обработки, что так же приводит к неравномерной нагрузке и изменению частоты вращения. Эти ситуации полностью соответствуют режиму S6.

Подводя итог, мы можем выделить 3 наиболее важных режимов работы электродвигателей, которые должны быть предусмотрены производителями станков. 

Перейти в каталог токарных станков SLT