Mechanické vlastnosti elektromotorů a výrobních mechanismů

Při návrhu elektrického pohonu je třeba zvolit elektromotor tak, aby jeho mechanické vlastnosti odpovídaly mechanickým vlastnostem výrobního mechanismu. Mechanické charakteristiky udávají vztah proměnných v ustáleném stavu.

Mechanická charakteristika mechanismu se nazývá vztah mezi úhlovou rychlostí a momentem odporu mechanismu, redukovaného na hřídel motoru) ω = f (Mc).

Rýže. 1. Mechanické vlastnosti mechanismů

Mezi všemi odrůdami existuje několik charakteristických typů mechanických vlastností mechanismů:

1. Charakteristika s momentem odporu nezávislým na rychlosti (přímka 1 na obr. 1). Mechanická charakteristika nezávislá na rychlosti je nakreslena jako přímka rovnoběžná s osou otáčení, v tomto případě vertikální. Takovou charakteristiku mají například jeřáby, navijáky, pístová čerpadla s konstantní dopravní výškou atd.

2.Charakteristika s momentem odporu lineárně závislým na otáčkách (řádek 2 na obr. 1). Tato závislost je vlastní například pohonu nezávisle buzeného stejnosměrného generátoru pracujícího při konstantní zátěži.

3. Charakteristické s nelineárním nárůstem točivého momentu (křivka 3 na obr. 1). Typickými příklady jsou provoz ventilátorů, odstředivých čerpadel, vrtulí. U těchto mechanismů závisí moment Mc na druhé mocnině úhlové rychlosti ω... Jedná se o tzv. parabolická (ventilátorová) mechanická charakteristika.

4. Charakteristika s nelineárně klesajícím momentem odporu (křivka 4 na obr. 1). Zde je moment odporu nepřímo úměrný rychlosti otáčení. V tomto případě zůstává výkon konstantní v celém rozsahu provozních otáček mechanismu. Například v mechanismech hlavního pohybu některých obráběcích strojů (soustružení, frézování, vrtání) se moment Mc mění nepřímo úměrně ω a výkon spotřebovaný mechanismem zůstává konstantní.

Mechanická charakteristika elektromotoru se nazývá závislost jeho úhlové rychlosti na kroutícím momentu ωd = f (M). Zde je třeba mít na paměti, že moment M na hřídeli motoru, bez ohledu na směr otáčení, má kladné znaménko — moment pohybu. Přitom moment odporu Mc má záporné znaménko.

Jako příklady, Obr. 2 ukazuje mechanické charakteristiky: 1 — synchronní motor; 2 — DC motor s nezávislým buzením; 3 — Stejnosměrný motor se sériovým buzením.

Rýže. 2. Mechanické vlastnosti elektromotorů

Pro hodnocení vlastností mechanických charakteristik elektrického pohonu se používá pojem charakteristická tuhost.Tuhost mechanické charakteristiky je určena výrazem

p = dM/dco

kde dM — změna točivého momentu motoru; dωd — odpovídající změna úhlové rychlosti.

Pro lineární charakteristiky zůstává hodnota β konstantní, pro nelineární závisí na pracovním bodu.

Pomocí tohoto konceptu jsou vlastnosti zobrazené na Obr. 2, lze kvalitativně hodnotit takto: 1 — absolutně rigidní (β = ∞); 2 — pevné; 3 — měkký.

Absolutně obtížná charakteristika — otáčky motoru zůstávají nezměněny, když se zatížení motoru změní z nuly na nominální. Synchronní motory mají tuto vlastnost.

Tuhá charakteristika — rychlost otáčení se mění jen málo, když se zatížení mění z nuly na nominální. Tuto charakteristiku má jak paralelně buzený stejnosměrný motor, tak i indukční motor v oblasti lineární části charakteristiky.

Za tuhou charakteristiku se považuje taková, u které změna otáček nepřesáhne přibližně 10 % jmenovitých otáček při změně zatížení z nuly na jmenovitou.

Měkká charakteristika — otáčky motoru se výrazně mění s relativně malými změnami zatížení. Tuto charakteristiku má stejnosměrný motor se sériovým, smíšeným nebo paralelním buzením, ale s přídavným odporem v obvodu kotvy, stejně jako asynchronní s odporem v obvodu rotoru.

Pro většinu výrobních mechanismů se používají asynchronní motory s kotvou nakrátko, které mají tuhé mechanické vlastnosti.

Všechny mechanické vlastnosti elektromotorů jsou rozděleny na přirozené a umělé.

Přirozené mechanické vlastnosti se vztahují k provozním podmínkám motoru s nominálními hodnotami parametrů.

Například pro motor s paralelním buzením lze vykreslit přirozenou charakteristiku pro případ, kdy napětí kotvy a budicí proud mají jmenovité hodnoty a v obvodu kotvy není žádný přídavný odpor.

Přirozená charakteristika indukčního motoru odpovídá jmenovitému napětí a jmenovité frekvenci střídavého proudu přiváděného do statoru motoru za předpokladu, že v obvodu rotoru není přídavný odpor.

Pro každý motor lze tedy postavit pouze jednu přirozenou charakteristiku a neomezený počet umělých. Například každá nová hodnota odporu kotvy stejnosměrného motoru nebo v obvodu rotoru indukčního motoru má své vlastní mechanické vlastnosti.