В станках используют самые разные электродвигатели: они устанавливаются на шпиндель, приводят в движение оси, конвейеры удаления стружки или выгрузки деталей. Эти двигатели работают в разных режимах — продолжительно или кратковременно, под нагрузкой или же вхолостую. В зависимости от параметров работы различают 10 номинальных режимов работы электродвигателя. Они описаны в ГОСТ Р 52776-2007 и обозначаются от S1 до S10.
Разберем каждый из этих режимов подробнее.
Номинальные режимы работы двигателей в станках
S1 – продолжительный режим работы двигателя
Он характеризуется постоянной нагрузкой в течение длительного времени, при этом электродвигатель прогревается до неизменной рабочей температуры. Ниже приведены три графика, которые показывают, как нагружается двигатель, как меняются потери и температура.
Р – нагрузка. На графике видно, что двигатель испытывает постоянную нагрузку с самого начала цикла.
Рэ – потери энергии, которые неизбежно возникают при преобразовании электрической энергии в механическую. В случае с электродвигателем это электрические потери, которые можно рассчитать по формуле:
Рэ=Ii2riv
Где riv – сопротивление обмотки двигателя, а Ii – это сила тока, протекающего по этой обмотке. Значения этих переменных получают путём измерений.
Потери рассчитывают для каждой обмотки двигателя отдельно, а общие потери двигателя определяют как сумму потерь всех его обмоток. На графике видно, что потери не изменяются при постоянной нагрузке, так как сопротивление на обмотках электродвигателя тоже не изменяется.
Θmax – это максимальная температура электродвигателя. Этот параметр можно получить путём измерений. На графике видно, что после определенного времени работы электродвигателя с постоянной нагрузкой температура в дальнейшем не меняется — охлаждение двигателя компенсирует тепловыделение.
S2 – кратковременный режим работы двигателя
В таком режиме электродвигатель работает определенное время (Δtp), после чего его останавливают, чтобы он остыл до температуры окружающей среды.
Как и в предыдущем режиме, нагрузка и потери остаются неизменными на всем протяжении времени Δtp. За это время двигатель нагревается до температуры Θmax, после чего останавливается. Величина Δtp нормируется — она может быть равна 15, 30, 60 и 90 минутам. При указании режима работы S2 необходимо указывать Δtp, например, S2 60 мин.
S3 – повторно кратковременный режим работы
Этот режим работы характеризуется повторяющимися рабочими циклами с постоянной нагрузкой, прерывающимися на определенное время (Δtотк), за которое двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.
Величина Т – это цикл включения от пуска до пуска, который также включает время остановки двигателя.
Этот режим характеризуется продолжительностью включения в процентном соотношении и рассчитывается по формуле
ПВ=∆tp(∆tp+∆tотк)×100%
Продолжительность включения также является нормируемой величиной и может принимать значения 15, 25, 40 и 60%.
S6 – перемежающийся режим работы электродвигателя
Этот режим работы характеризуется попеременной работой на вхолостую и под нагрузкой. В перемежающемся режиме двигатель не останавливается.
На графике отмечено время работы с постоянной нагрузкой Δtp, время работы в холостом режиме Δtо и время цикла Т.
Также можно заметить, что электрические потери при отсутствии нагрузки уменьшаются, что связано с уменьшением сопротивления катушек электродвигателя.
Так же как и S3, перемежающийся режим характеризуется продолжительностью включения в процентном соотношении, которое рассчитывается по формуле:
ПВ=∆tp(∆tp+∆tо)×100%
Как было сказано выше, этот параметр нормированный и всегда указывается с продолжительностью включения, например S6 60%.
Перечисленные режимы являются основными, которые используются для двигателей станков. Существуют также другие режимы.
Другие номинальные режимы работы электродвигателей
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 отличие от режима S8, в данном режиме смена нагрузки и частоты вращения происходит непериодически. 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).
Соответствие режима работы двигателя его применению в станке
Режимы работы S1, S2, S3 и S6 подходят для двигателей шпинделя, поэтому в характеристиках станка часто указывают параметр мощности и момента для этих режимов.
В режиме S1 двигатель может длительное время работать с допустимой нагрузкой, его температура будет стабильна и перегрева двигателя не произойдет. Современные фрезерные станки с ЧПУ 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 S2 с постоянными остановка, 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 сверлильного станка должен иметь номинальный режим работы S2.
Во время выполнения операции торцевого фрезерования электродвигатель шпинделя работает в режиме S3, так как при движении инструмента в материале двигатель будет работать с нагрузкой, а во время перемещений инструмента в точку резания двигатель работает в холостом режиме, но при этом не успевает остыть до температуры окружающей среды.
Бывают ситуации, при которых толщина удаляемого материала неравномерна. Это приводит к дискретным нагрузкам на двигатель шпинделя. Использование функции постоянной скорости резания на токарных станках приводит к изменению частоты вращения в зависимости от диаметра обработки, что также приводит к неравномерной нагрузке и изменению частоты вращения. Эти ситуации полностью соответствуют режиму S6.
Указанные режимы работы двигателя должны быть предусмотрены производителями станков. Неправильно подобранные электродвигатели не позволят использовать станок максимально эффективно.
Если у вас появились вопросы, специалисты Центра инженерно-технологической поддержки портала СТАНКОТЕКА на них ответят.