УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ШВЕЙНЫХ МАШИН Российский патент 1997 года по МПК D05B69/22 

Изобретение относится к области швейной техники, в частности к электроприводам швейных машин, в которых движение швейной иглы осуществляется приводом, в состав которого входит частотно-регулируемый асинхронный электродвигатель.

Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электропривод, в котором стандартный асинхронный двигатель с инверторным управлением соединен через ременную передачу с главным валом швейной машины. Микропроцессор соединен выходом с инвертором, а входом с блоком памяти и датчиком скорости шитья, установленным на главном валу и соединенным с ведомым шкивом ременной передачи Регулирование скорости шитья, запуск и останов швейной машины осуществляет частотно-регулируемый асинхронный электродвигатель.

Недостатком известного устройства является работа электропривода в номинальном режиме двигателя только тогда, когда номинальная скорости вращения и максимальная рабочая скорость шитья швейной машины совпадают. Несовпадение номинальной частоты вращения электродвигателя привода и максимальной рабочей скорости шитья каждой швейной машины всего параметрического ряда ведет к повышенному энергопотреблению двигателя и инвертора.

Электропривод может работать только при передаточном отношении на шкивах ременной передачи 1:1, так как при других передачах показания частоты вращения датчиком скорости шитья не будут совпадать с частотой вращения электродвигателя привода. Это приводит к сбою программы управления переключения инвертора. Стандартный асинхронный электродвигатель с частотой питания 50 Гц не может работать в номинальном режиме, когда максимальная рабочая скорость швейной машины больше 3000 об/мин. Стандартный асинхронный электродвигатель имеет большие габариты и материалоемкость.

Существует регулирование скорости от номинала вверх. Если реализовать этот режим в электроприводе для высокоскоростных швейных машин, то электродвигатель будет работать при максимальной скорости шитья не на номинальном режиме, что ведет к его перегреву. Электродвигатель в этом режиме не может работать на низких оборотах и обеспечить минимальную скорость шитья швейной машины.

Большое время разгона в начале и останова в конце шитья из-за низкого пускового и тормозного момента электродвигателя. В конструкции нет эквивалента механическому накопителю энергии, описанному в аналоге. Отсутствие равномерного разгона и останова из-за узкого диапазона регулирования скорости стачивания швейной машины до 6000 стежков в минуту. В известной конструкции отсутствует возможность адаптации электродвигателя к специфике работы кинематики всего параметрического ряда высокоскоростных промышленных швейных машин.

Для устранения вышеуказанных недостатков предлагается в электропривод, содержащий трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, соединенный со швейной машиной ременной передачей и управляемый через инвертор микропроцессором, входом с блоком памяти, датчик скорости шитья, установленный на ведомом валу ременной передачи, ввести блок коррекции сигналов снижения скорости шитья ременной передачей, соединенной входами с датчиком скорости шитья и блоком памяти, а выходом с микропроцессором, при этом величина передаточного отношения ременной передачи выполнена равной отношению максимальной скорости шитья швейной машины к номинальной скорости электродвигателя, габариты, масса, электрические и магнитные параметры электродвигателя выполнены для коммутируемого тока повышенной номинальной частоты, 400 450 Гц, а диапазон изменения скорости электродвигателя микропроцессор осуществляет от номинала вниз, кроме этого, электродвигатель выполнен многополюсным, причем число пар полюсов равно отношению номинальной частоты коммутируемого инвертором тока к максимальной скорости шитья самой быстроходной швейной машины параметрического ряда, электродвигатель выполнен с повышенным пусковым моментом, например, за счет выполнения глубоких пазов в роторе.

Это позволяет выполнить электродвигатель в приводе с минимально возможным номинальным моментом, равным моменту самой быстроходной швейной машины параметрического ряда. Электродвигатель привода вместе с питающей его силовой электрической цепью работает на минимально возможных номинальных токах. Применение высокочастотного электродвигателя позволяет снизить массу, габариты и улучшить экономичность работы электропривода. Промышленные высокопроизводительные швейные машины, имеющие различные максимальные скорости шитья, имеют при проколе иглой материала обратно пропорциональный этим скоростям максимальный момент сопротивления на ведомом шкиве ременной передачи (см. таблицу). При увеличении скорости шитья, толщины и прочности пошиваемых материалов резко возрастает вибрация швейной иглы, износ механических передач. Предельно допустимая механическая мощность швейной машины равна произведению двух параметров: максимальной скорости шитья и момента сопротивления на ведомом шкиве. Эта мощность является постоянной как для всего используемого ряда швейных машин, так и для электродвигателя привода и характеризуется формулой:
ω_nm_n≈ ω₁m₁•ω₂m₂≈ ω_сm_с
где ω_n номинальная скорость вращения электропривода;
m_n постоянный момент вращения на ведущем шкиве ременной передачи электропривода;
ω₁ максимальная скорость шитья первой швейной машины;
m₁ момент сопротивления на ведомом шкиве первой машины;
c число швейных машин обслуживаемого приводом ряда.

Применение понижающей ременной передачи, введение блока коррекции сигналов и управление скоростью вращения электродвигателя от номинала вниз позволит увеличить вращающий момент при прокалывании иглой материала, т.е. момент на ведомом шкиве, сохранив работу двигателя в номинальном режиме. Применение понижающей передачи наряду с блоком коррекции позволит устанавливать привод на любую машину обслуживаемого ряда с минимальными переналадками, состоящими из установки шкивов разных диаметров и введения коррекции в блок. Применение увеличенного числа пар полюсов электродвигателя совместно с введением понижающей ременной передачи позволит понизить минимальную скорость шитья, увеличив диапазон регулирования, улучшить плавность разгона и торможения швейной машины. Число полюсов асинхронного электродвигателя соответствует математической формуле:

где Р число пар полюсов (шт);
f номинальная частота коммутируемого тока (С);
n₁ максимальная скорость шитья самой быстроходной швейной машины (об/мин).

В этой швейной машине n равно номинальной скорости вращения привода, а передаточное отношение ременной передачи 1:1.

Устройство позволяет уменьшить время разгона и торможения швейной машины из-за увеличения пускового момента электродвигателя привода. Двигатель с увеличенным моментом преодолевает циклические нагрузки усилия прокола швейной иглой пошиваемого материала и инерционность механических передач швейной машины. Увеличение номинальной частоты тока, подаваемого инвертором на обмотки статора электродвигателя, увеличивает эффект вытеснения тока в пазах ротора и тем самым еще более увеличивает пусковой момент.

Инверторное регулирование высокочастотного асинхронного электродвигателя с повышенным пусковым моментом и увеличенным числом пар полюсов позволяет облегчить силовые кинематические механические передачи как привода, так и швейной машины, например: уменьшить диаметр валов, облегчить подшипники, уменьшить прочность передач, значительно снизив при этом себестоимость конструкции. Традиционно главным расчетным критерием надежности работы этих передач является рывок после муфтового подключения вращающегося ротора при пуске и тормоза при останове швейной машины.

В данной конструкции привод имеет возможность осуществить равномерный порционный разгон и торможение швейной машины из-за установки многополюсного двигателя с увеличенным моментом, исключив при этом удар вращающихся масс (сравните с аналогом).

На фиг. 1 изображена блок-схема швейной машины с приводом; на фиг. 2 - вид А электродвигателя; на фиг. 3 блок коррекции сигналов снижения скорости шитья ременной передачей.

К швейной машине 1 подключен через понижающую ременную передачу 2 высокочастотный многополюсный трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель 3. Инвертор 4 входом связан с подключенным к сети выпрямителем 5 и микропроцессором 6, а выходом с трехфазной обмоткой статора 7 двигателя 3. Микропроцессор 6 входом подключен к управляемому от педали командному устройству 8 и блоку коррекции сигналов снижения скорости шитья ременной передачей 9, а входом и выходом с блоком памяти 10. Блок памяти 10 дополнительно соединен входом с пультом задачи параметров шитья 11, а выходом с блоком коррекции 9. Блок коррекции 9 входом связан с датчиком скорости шитья 12, установленным на главном валу 13 швейной машины 1. Главный вал 13 жестко соединен с ведомым шкивом 14 ременной передачи 2 и связан механическими передачами с швейной иглой 15, предназначенной для стачивания материала 16. Электродвигатель 3 имеет номинальную частоту питающей сети 400 450 Гц, номинальный момент сопротивления на валу 1,27 Нм, мощность 0,75 кВт. Трехфазная обмотка статора 7 выполнена с четырьмя парами полюсов (P=4), так как (см. формулу) максимальная скорость шитья самой производительной швейной машины n 6000 стежков в минуту (6000 об/мин ведомого шкива 14). Диаметры шкивов ременной передачи выполнены в соответствии с формулой:

где ω_i максимальная скорость шитья швейной машины из ряда обслуживаемого приводом;
ω_n номинальная скорость шитья привода (5982 об/мин);
d_m диаметр шкива швейной машины;
d_э.д. диаметр шкива электродвигателя привода;
0,95 коэффициент, учитывающий проскальзывание ремня.

В таблице приведены выборочные характеристики швейных машин обслуживаемого ряда.

Ротор электродвигателя выполнен с глубокими пазами 17 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

На пульте задачи параметров шитья 11 задается передаточное отношение шкивов ременной передачи 2 и передается в блок памяти 10. Швея нажатием педали, через командное устройство 8, подает в микропроцессор 6 сигнал скорости вращения электродвигателя 3. Микропроцессор 6 управляет инвертором 4, подключенного к сети через выпрямитель 5. Инвертор 4 задает требуемую частоту вращения электродвигателя 3, который посредством ременной передачи 2 вращает главный вал 13 швейной машины 1, приводя иглу 15 в возвратно-поступательное движение. На первых оборотах, при разгоне, электродвигатель плавно, без рывка, преодолевает динамический момент кинематических передач швейной машины и статический момент при прокалывании иглой 15 пошиваемого материала 16. Повышение пускового момента происходит за счет радиального перемещения тока в пазах ротора 17 вращающим высокочастотным магнитным полем статора, создаваемым в обмотках статора 7. Аналогичную роль выполняют пазы ротора 17 и обмотки статора 7 во время торможения при останове. Датчик скорости шитья 12 передает число оборотов вращения ведомого шкива 14 и главного вала 13 в блок коррекции сигналов снижения скорости шитья ременной передачей 9. В блок коррекции 9 из блока памяти 10, поступает код передаточного отношения ременной передачи. Блок 9 преобразует сигналы величины скорости шитья (т.е. число оборотов ведомого шкива 14) в сигналы, соизмеримые с частотой вращения электродвигателя 3 и передает в микропроцессор 6.

Микропроцессор корректирует через инвертор 4 частоту вращения электродвигателя 3. За один период переключения инвертором 4 направление тока в обмотках статора 7, магнитное поле повернется на угол 350 град./P 90 град. Увеличенное число пар полюсов Р обмотки, уменьшая минимальную скорость вращения магнитного поля статора соответственно уменьшают скорость шитья швейной машины до двух стежков в секунду при передаточном отношении ременной передачи 1:1. В случае переналадки привода на швейную машину с другой максимальной скоростью стачивания на вал 13 устанавливается шкив 14 с выполненным по формуле диаметром под ременную передачу, а на пульте 11 программируется новое передаточное отношение.

Универсальный электропривод может быть выполнен как это показано на фиг. 1 и фиг. 3. Инвертор 4 выполнен на транзисторах типа YT. Выпрямитель 5 выполнен на диодах YД и конденсаторах. Микропроцессор 6 и блок памяти 10 выполнены на базе однокристальной микро-ЭВМ КР1816 и связаны с остальными узлами портами ввода-вывода с шинной организацией. Командное устройство 8 выполнено на базе оптопар-светодиода 3А076 и фотодиода ФД265, перекрываемых шторкой, связанной с педалью. Блок 9 (фиг. 3) состоит из формирователя сигналов 18, выполненного на базе микросхемы ТЛ-2 и из счетчика 19 с коэффициентом деления марки 561ИЕ. При подаче импульсов с датчика скорости шитья 9, формирователь 18 формирует сигналы и передает их на вход счетчика 19. Счетчик пересчитывает импульсы числа оборотов ведомого шкива 14 ременной передачей с коэффициентом, заданным с выхода блока памяти 10, и подает в двоичном коде на вход микропроцессора 6. Микропроцессор 6 выходом подключен еще к счетчику 19 и подает сигнал на линию разрешения счета в моменты шитья на швейной машине. Пульт задачи параметров шитья 11 является устройством ввода с шинной организацией. Основная часть его состоит из контроллера клавиатуры и индикации выполненного на микросхеме 580ВВ79. Датчик скорости шитья 12 состоит из закрепленных на корпусе швейной машины оптопар светодиода 3А 076 и фотодиода ФД 265 и вращающегося вместе с ведомым шкивом диска. Диск, вращаясь, пропускает через прорези свет со светодиода, а фотодиод посылает импульс в формирователь сигналов 18.

Использование: в области швейной техники, в частности относится к электроприводам швейных машин. Сущность изобретения: универсальный электропривод для эксплуатации в каждой из параметрического ряда специальных промышленных высокоскоростных швейных машин содержит: трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, соединенный со швейной машиной 1 ременной передачей 2 и управляемый через инвертор 4 микропроцессором 6. Инвертор 4 входом связан с выпрямителем 5 и микропроцессором 6, а выходом - с обмоткой статора 7 двигателя 3. Микропроцессор входом подключен к управляемому от педали командному устройству 8 и блоку коррекции сигналов снижения скорости шитья ременной передачей 9. Электропривод также содержит блок памяти 10, пульт задачи параметров шитья 11, датчик скорости шитья 12, главный вал 13 швейной машины, ведомый шкив 14 ременной передачи 2, швейную иглу 15. При этом величина передаточного отношения ременной передачи выполнена равной отношению максимальной скорости шитья швейной машины к номинальной скорости электродвигателя, габариты, масса, электрические и магнитные параметры электродвигателя выполнены для коммутируемого тока повышенной номинальной частоты 400 - 450 Гц, а диапазон изменения скорости электродвигателя микропроцессор осуществляет от номинала вниз, кроме того, электродвигатель выполнен многополюсным. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Универсальный электропривод для швейных машин, содержащий трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, соединенный со швейной машиной ременной передачей и управляемый через инвертор микропроцессором, входом связанный с блоком памяти, датчик скорости шитья, установленный на ведомом валу ременной передачи, отличающийся тем, что содержит блок коррекции скорости шитья, соединенный входами с датчиком скорости шитья и блоком памяти, а выходом связан с микропроцессором для осуществления изменения скорости электродвигателя в диапазоне от номинала вниз, при этом электродвигатель выполнен для коммутируемого тока повышенной номинальной частоты 400 450 Гц, а ременная передача выполнена с величиной передаточного отношения, равной отношению максимальной скорости шитья швейной машины к номинальной скорости электродвигателя. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен многополюсным, причем число пар полюсов равно отношению номинальной частоты коммутируемого инвертором тока к максимальной скорости шитья самой быстроходной швейной машины параметрического ряда. 3. Электропривод по п.1 отличающийся тем, что электродвигатель выполнен с повышенным пусковым моментом, например, за счет выполнения глубоких пазов в роторе.