Mechanické vlastnosti elektromotorov a výrobných mechanizmov

Pri návrhu elektrického pohonu treba elektromotor zvoliť tak, aby jeho mechanické vlastnosti zodpovedali mechanickým vlastnostiam výrobného mechanizmu. Mechanické charakteristiky udávajú vzťah premenných v ustálenom stave.

Mechanická charakteristika mechanizmu sa nazýva vzťah medzi uhlovou rýchlosťou a momentom odporu mechanizmu, redukovaný na hriadeľ motora) ω = f (Mc).

Ryža. 1. Mechanické charakteristiky mechanizmov

Medzi celou odrodou existuje niekoľko charakteristických typov mechanických charakteristík mechanizmov:

1. Charakteristika s momentom odporu nezávislým od rýchlosti (priama čiara 1 na obr. 1). Mechanická charakteristika nezávislá od rýchlosti je nakreslená ako priamka rovnobežná s osou otáčania, v tomto prípade zvislou. Takúto charakteristiku majú napríklad žeriavy, navijaky, piestové čerpadlá s konštantnou dopravnou výškou atď.

2.Charakteristika s momentom odporu lineárne závislým od rýchlosti (riadok 2 na obr. 1). Táto závislosť je vlastná napríklad pohonu nezávisle budeného generátora jednosmerného prúdu pracujúceho pri konštantnej záťaži.

3. Charakteristické s nelineárnym nárastom krútiaceho momentu (krivka 3 na obr. 1). Typickými príkladmi sú chod ventilátorov, odstredivých čerpadiel, vrtúľ. Pre tieto mechanizmy závisí moment Mc od druhej mocniny uhlovej rýchlosti ω... Ide o tzv. parabolická (ventilátorová) mechanická charakteristika.

4. Charakteristika s nelineárne klesajúcim momentom odporu (krivka 4 na obr. 1). V tomto prípade je odporový moment nepriamo úmerný rýchlosti otáčania. V tomto prípade zostáva výkon konštantný v celom rozsahu prevádzkových otáčok mechanizmu. Napríklad v mechanizmoch hlavného pohybu niektorých strojov na rezanie kovov (sústruženie, frézovanie, vŕtanie) sa moment Mc mení nepriamo úmerne k ω a výkon spotrebovaný mechanizmom zostáva konštantný.

Mechanická charakteristika elektromotora sa nazýva závislosť jeho uhlovej rýchlosti od krútiaceho momentu ωd = f (M). Tu je potrebné mať na pamäti, že moment M na hriadeli motora, bez ohľadu na smer otáčania, má kladné znamienko - moment pohybu. Moment odporu Mc má zároveň záporné znamienko.

Ako príklady, obr. 2 ukazuje mechanické charakteristiky: 1 — synchrónny motor; 2 — jednosmerný motor s nezávislým budením; 3 — Jednosmerný motor so sériovým budením.

Ryža. 2. Mechanické vlastnosti elektromotorov

Na vyhodnotenie vlastností mechanických charakteristík elektrického pohonu sa používa pojem charakteristická tuhosť.Tuhosť mechanickej charakteristiky je určená výrazom

p = dM/dco

kde dM – zmena krútiaceho momentu motora; dωd — zodpovedajúca zmena uhlovej rýchlosti.

Pre lineárne charakteristiky zostáva hodnota β konštantná, pre nelineárne závisí od pracovného bodu.

Pomocou tohto konceptu sú funkcie znázornené na obr. 2, možno kvalitatívne zhodnotiť takto: 1 — absolútne rigidné (β = ∞); 2 — pevné; 3 — mäkké.

Absolútne náročná charakteristika — rýchlosť otáčania motora zostáva nezmenená, keď sa zaťaženie motora zmení z nuly na nominálnu. Synchrónne motory majú túto vlastnosť.

Pevná charakteristika — rýchlosť otáčania sa mení málo, keď sa zaťaženie mení z nuly na nominálnu. Túto charakteristiku má paralelne budený jednosmerný motor, ako aj indukčný motor v oblasti lineárnej časti charakteristiky.

Za tuhú charakteristiku sa považuje taká, pri ktorej zmena otáčok nepresiahne približne 10 % menovitých otáčok pri zmene zaťaženia z nuly na menovité.

Mäkká charakteristika — otáčky motora sa výrazne menia pri relatívne malých zmenách zaťaženia. Túto charakteristiku má jednosmerný motor so sériovým, zmiešaným alebo paralelným budením, ale s dodatočným odporom v obvode kotvy, ako aj asynchrónnym s odporom v obvode rotora.

Pre väčšinu výrobných mechanizmov sa používajú asynchrónne motory s kotvou nakrátko, ktoré majú pevné mechanické vlastnosti.

Všetky mechanické vlastnosti elektromotorov sú rozdelené na prirodzené a umelé.

Prirodzené mechanické charakteristiky sa vzťahujú na prevádzkové podmienky motora s menovitými hodnotami parametrov.

Napríklad pre motor s paralelným budením je možné vykresliť prirodzenú charakteristiku pre prípad, keď napätie kotvy a budiaci prúd majú nominálne hodnoty a v obvode kotvy nie je žiadny dodatočný odpor.

Prirodzená charakteristika indukčného motora zodpovedá menovitému napätiu a menovitej frekvencii striedavého prúdu dodávaného do statora motora za predpokladu, že v obvode rotora nie je žiadny dodatočný odpor.

Pre každý motor tak možno postaviť len jednu prirodzenú charakteristiku a neobmedzený počet umelých. Napríklad každá nová hodnota odporu kotvy jednosmerného motora alebo v obvode rotora indukčného motora má svoje vlastné mechanické vlastnosti.