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Nella macchina avvolgitrice tessile, a determinare la scelta del motore è il modo in cui il carico cambia man mano che il rotolo cresce. Se il tessuto viene avvolto a velocità e tensione costanti, quando il diametro del rotolo raddoppia raddoppia anche la coppia sull'albero avvolgitore, mentre i giri/min dell'albero si dimezzano. Per questo l'azionamento non si sceglie su un unico punto di lavoro, ma considerando insieme la coppia al diametro massimo e i giri/min al diametro minimo.
Questo articolo tratta gli avvolgitori ad azionamento centrale, che avvolgono tessuto o tessuto non tessuto su un albero. Nell'avvolgimento periferico (a contatto con cilindro) il cilindro motore gira a giri/min costanti e il diametro del rotolo non influisce direttamente sul motore; lì la questione è diversa.
Come cambiano coppia e giri/min al crescere del rotolo?
Nell'avvolgimento centrale si vogliono mantenere costanti due grandezze: la velocità di linea (avanzamento del tessuto in metri al minuto) e la tensione del tessuto. In questo caso:
- Coppia = tensione × raggio del rotolo. Al crescere del rotolo la coppia aumenta in proporzione diretta al diametro.
- Giri/min = velocità di linea ÷ circonferenza del rotolo. Al crescere del rotolo i giri/min dell'albero diminuiscono in proporzione inversa al diametro.
- Potenza = coppia × giri/min. Poiché i due effetti si compensano, la potenza di avvolgimento è indipendente dal diametro e circa costante.
L'ultimo punto ha una conseguenza importante: anche se la potenza di avvolgimento è costante, il motore deve erogarla in un ampio campo di giri/min. Il motore asincrono, invece, raggiunge la potenza massima che può sostenere alla coppia nominale solo ai giri/min nominali. Quando eroga la stessa coppia a giri/min più bassi, la potenza in uscita diminuisce. Per questo la potenza del motore non si calcola sul reale fabbisogno di potenza dell'avvolgimento, ma in base ai giri/min a cui deve fornire la coppia del rotolo più grande.
Rapporto di avvolgimento: il dato di progetto più critico
Il rapporto tra il diametro del rotolo pieno e il diametro dell'anima vuota (albero o tubo di cartone) si chiama rapporto di avvolgimento. Questo rapporto determina direttamente l'ampiezza del campo di giri/min in cui lavorerà il motore.
| Caso ipotetico | Diametro dell'anima vuota | Diametro del rotolo pieno | Rapporto di avvolgimento | Campo di giri/min del motore |
|---|---|---|---|---|
| Tessuto leggero, rotolo piccolo | 100 mm | 300 mm | 1:3 | da nominale a un terzo |
| Tessuto pesante, rotolo grande | 150 mm | 900 mm | 1:6 | da nominale a un sesto |
La tabella è ipotetica e serve solo a illustrare la logica del rapporto. Se il rapporto del riduttore è scelto in modo che, ad anima vuota, il motore giri vicino ai giri/min nominali raggiungendo la velocità di linea, a rotolo pieno il motore lavora ai giri/min nominali divisi per il rapporto di avvolgimento e alla coppia massima. Con un rapporto 1:6 ciò significa funzionamento continuo vicino alla coppia piena a circa un sesto dei giri/min nominali.
Come si scelgono insieme motore e riduttore?
La sequenza di scelta può essere impostata così:
- Da velocità di linea e diametro dell'anima vuota ricavi i giri/min massimi dell'albero avvolgitore.
- Da tensione e raggio del rotolo pieno ricavi la coppia massima sull'albero avvolgitore. Il valore di tensione proviene dal costruttore della macchina o dai dati di processo; non va stimato.
- Definisca il rapporto del riduttore in modo che i giri/min massimi dell'albero corrispondano all'incirca ai giri/min nominali del motore.
- Ricavi la coppia del motore dividendo la coppia massima all'albero per il rapporto e per il rendimento del riduttore; questo valore deve restare al di sotto della coppia nominale del motore.
- Aggiunga un margine per l'accelerazione: il rotolo pieno e pesante richiede coppia aggiuntiva quando passa dalla fermata alla velocità di linea.
La coppia nominale del motore si legge nei dati di catalogo. Ad esempio il modello 100L2-4 da 3 kW, 1450 giri/min nominali, ha una coppia nominale di 19,8 Nm, il modello 112M-4 da 4 kW 26,3 Nm e il modello 132S-4 da 5,5 kW 36 Nm. La tabella completa delle coppie è nel nostro articolo tabella delle coppie dei motori elettrici.
Per rapporti di avvolgimento più ampi si può valutare anche un motore a 6 poli. Ad esempio il modello 132S-6 da 3 kW fornisce 29,6 Nm a 968 giri/min nominali; rispetto al modello a 4 poli di pari potenza offre una coppia maggiore e giri/min di partenza più bassi, ma la carcassa è più grande (132S).
Può confrontare i modelli della serie standard e i prezzi aggiornati nella pagina acquista un motore elettrico.
Funzionamento a bassi giri/min con inverter e raffreddamento
Negli avvolgitori centrali la variazione dei giri/min si ottiene quasi sempre con un convertitore di frequenza. Le serie trifase HEM Motor sono idonee alla regolazione della velocità con convertitore di frequenza; secondo la regola generale indicata nella domanda sull'inverter, se il motore lavorerà a lungo a bassi giri/min con coppia piena può servire un ventilatore esterno, se il cavo tra azionamento e motore è lungo si valuta un filtro dv/dt o sinusoidale, e queste condizioni vanno comunicate nell'ordine.
La macchina avvolgitrice è proprio una delle applicazioni in cui si verifica la condizione di "coppia elevata a bassi giri/min per lungo tempo". Man mano che il rotolo si riempie il motore rallenta ma la coppia aumenta, mentre la ventola calettata sull'albero soffia meno aria al calare dei giri. Su una macchina con rapporto di avvolgimento elevato e lunghi tempi a rotolo pieno, discuta assolutamente nell'ordine l'opzione del ventilatore esterno. Anche l'accumulo di peluria e fibre tipico dell'ambiente tessile riduce ulteriormente il raffreddamento; la pulizia del copriventola deve rientrare nel piano di manutenzione.
