Параграф 47. Роль механических характеристик двигателя в системе электродвигателя

Электродвигатель, работающий в системе электропривода, должен отвечать требованиям, вытекающим из условий работы механизма, для которого двигатель предназначен. Вращающий момент, развиваемый двигателем на валу, уравновешивается моментом сопротивления рабочего механизма и для большинства электродвигателей меняется в зависимости от скорости вращения двигателя. Эта зависимость называется механической характеристикой электродвигателя. Она позволяет произвести оценку электромеханических свойств двигателя, играющих важную роль в системе электропривода.

Механические характеристики подразделяют на абсолютно жесткие, жесткие и мягкие ( рис. 54, а ).

Абсолютно жесткой характеристикой 1 обладают двигатели, у которых скорость вращения остается постоянной при любом вращающем моменте, изменяющимся от 0 до номинального значения. К таким двигателям относится синхронные.

Жесткой характеристикой 2 обладают двигатели, незначительно изменяющие скорость вращения при изменении вращающего момента. Такую механическую характеристику имеют асинхронные электродвигатели и двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением.

Под мягкой характеристикой 3 понимают зависимость n = f (M), в которой числа оборотов n двигателя меняются в значительной степени с изменением вращающего момента M. Мягкой механической характеристикой обладают двигатели постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением.

С изменением момента сопротивления M_{c, создаваемого рабочим механизмом на валу} двигателя, его скорость вращения меняется ( рис. 54, б ). Эта зависимость n = f (M_c) называется механической характеристикой рабочего механизма. Также как и механические характеристики электродвигателей, эти характеристики бывают абсолютно жесткими, жесткими и мягкими.

Абсолютно жесткой механической характеристикой 1 обладают подъемные краны, лебедки контейнеры с постоянной массой перемещаемого груза, а также механизмы, у которых момент сопротивления в основном создается силами трения, практически неизменяющимися в пределах рабочих скоростей.

Жесткую механическую характеристику 2 имеют лесопильные рамы, строгальные, лущильные и другие станки.

К механизмам с мягкой механической характеристикой 3 относятся вентиляторы, центробежные насосы, компрессоры и др.

Механические характеристики производственных механизмов при проектировании электропривода обычно бывают известны и по ним выбирают соответствующий электродвигатель. В большинстве случаев правильно выбранный двигатель автоматически выдерживает равенство вращающего момента и момента сопротивления. Так, при увеличении нагрузки на вал асинхронного двигателя его скорость вращения снижается, а вращающий момент возрастает. Этот процесс происходит до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие вращающего момента и момента сопротивления. После этого ротор асинхронного двигателя будет вращаться до тех пор, пока снова не изменится нагрузка.

Для большинства металлообрабатывающих и дереворежущих станков, а также для некоторых автоматических полуавтоматических линий требуется электропривод с жесткой характеристикой. В этих устройствах могут быть использованы синхронные и асинхронные двигатели или двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением.

В подъемных транспортных машинах с увеличением нагрузки скорость вращения вала электропривода должна уменьшаться. Поэтому здесь целесообразно применять двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Работа электродвигателя в системе электропривода происходит в основном в двух режимах – двигательном и тормозном.

В двигательном режиме электродвигатель приводит в движение рабочий механизм, а в тормозном режиме уравновешивает движущую силу механизма и замедляет его движение. В зависимости от режима изменяется не только направление действия вращающего момента двигателя, но его скорость вращения.