Механични характеристики на електродвигатели и производствени механизми

При проектирането на електрическо задвижване електродвигателят трябва да бъде избран така, че неговите механични характеристики да съответстват на механичните характеристики на производствения механизъм. Механичните характеристики дават връзката на променливите в стационарно състояние.

Механична характеристика на механизма се нарича връзката между ъгловата скорост и момента на съпротивление на механизма, редуциран до вала на двигателя) ω = f (Mс).

Ориз. 1. Механични характеристики на механизмите

Сред цялото разнообразие има няколко характерни типа механични характеристики на механизмите:

1. Характеристика с момент на съпротивление, независим от скоростта (права линия 1 на фиг. 1). Независимата от скоростта механична характеристика е начертана като права линия, успоредна на оста на въртене, в този случай вертикална. Такава характеристика се притежава например от кранове, лебедки, бутални помпи с постоянна височина на подаване и т.н.

2. Характеристика с момент на съпротивление, линейно зависим от скоростта (ред 2 на фиг. 1). Тази зависимост е присъща например на задвижването на DC генератор с независимо възбуждане, работещо при постоянно натоварване.

3. Характеристика с нелинейно увеличение на въртящия момент (крива 3 на фиг. 1). Типични примери са работата на вентилатори, центробежни помпи, витла. За тези механизми моментът Mc зависи от квадрата на ъгловата скорост ω… Това е т.нар. параболична (вентилаторна) механична характеристика.

4. Характеристика с нелинейно намаляващ момент на съпротивление (крива 4 на фиг. 1). Тук моментът на съпротивление е обратно пропорционален на скоростта на въртене. В този случай мощността остава постоянна в целия диапазон на работна скорост на механизма. Например в механизмите на основното движение на някои металорежещи машини (струговане, фрезоване, пробиване) моментът на Mc се променя обратно пропорционално на ω, а консумираната от механизма мощност остава постоянна.

Механични характеристики на електродвигателя се нарича зависимост на ъгловата му скорост от въртящия момент ωd = f (M). Тук трябва да се има предвид, че моментът M върху вала на двигателя, независимо от посоката на въртене, има положителен знак — моментът на движение. В същото време моментът на съпротивление Мс има отрицателен знак.

Като примери, фиг. 2 показва механичните характеристики: 1 — синхронен двигател; 2 — DC двигател с независимо възбуждане; 3 — DC двигател с последователно възбуждане.

Ориз. 2. Механични характеристики на електродвигателите

За да се оценят свойствата на механичните характеристики на електрическо задвижване, се използва концепцията за твърдостта на характеристиката. Твърдостта на механичната характеристика се определя от израза

β = dМ / dω

където дM — промяна в въртящия момент на двигателя; дωд — съответната промяна в ъгловата скорост.

За линейни характеристики стойността β остава постоянна, за нелинейна зависи от работната точка.

Използвайки тази концепция, характеристиките, показани на фиг. 2, може да се оцени качествено, както следва: 1 — абсолютно твърд (β = ∞); 2 — твърд; 3 — мека.

Абсолютно трудна характеристика — скоростта на въртене на двигателя остава непроменена, когато натоварването на двигателя се промени в диапазона от нула до номиналната. Синхронните двигатели имат тази характеристика.

Твърда характеристика — скоростта на въртене се променя незначително, когато товарът се променя от нула до номинал. Тази характеристика се притежава от DC двигател с паралелно възбуждане, както и от асинхронен двигател в областта на линейната част на характеристиката.

Счита се, че твърда характеристика е тази, при която промяната на скоростта не надвишава приблизително 10% от номиналната скорост, когато натоварването се променя от нула до номинална.

Мека характеристика — скоростта на въртене на двигателя се променя значително при относително малки промени в натоварването. Тази характеристика се притежава от двигател с постоянен ток със серийно, смесено или паралелно възбуждане, но с допълнително съпротивление във веригата на котвата, както и асинхронно със съпротивление в роторната верига.

За повечето производствени механизми се използват асинхронни двигатели с катеричка, които имат твърди механични характеристики.

Всички механични характеристики на електродвигателите са разделени на естествени и изкуствени.

Естествени механични характеристики се отнася до условията на работа на двигателя с номиналните стойности на параметрите.

Например, за двигател с паралелно възбуждане, естествената характеристика може да бъде нанесена за случая, когато напрежението на котвата и токът на възбуждане имат номинални стойности и няма допълнително съпротивление във веригата на котвата.

Естествената характеристика на асинхронния двигател съответства на номиналното напрежение и номиналната честота на променливия ток, подаван към статора на двигателя, при условие, че няма допълнително съпротивление във веригата на ротора.

Така за всеки двигател може да се изгради само една естествена характеристика и неограничен брой изкуствени. Например, всяка нова стойност на съпротивлението на котвата на DC двигател или в роторната верига на асинхронния двигател има свои собствени механични характеристики.