В теории электропривода очень часто можно столкнуться с понятием механическая характеристика. Это графическое представление зависимости между скоростью и механическим моментом. У каждого привода есть своя механическая характеристика, позволяющая легко определить, какой момент сопротивления будет им развит при работе на определенной скорости.
В установившемся режиме, при постоянной скорости, момент двигателя и статический момент привода по модулю должны быть равны. Собственно, это следует из одного из законов Ньютона, известных нам еще со школьной скамьи. Скорость неизменна – значит равнодействующая сил (или моментов) должна быть равной нулю.
Из этого следует, что точка пересечения механических характеристик привода и двигателя соответствует установившемуся режиму работы. И если приводной двигатель подобран неудачно, то привод будет работать неэффективно, а то и вовсе не сможет запуститься.
Возможна работа с чрезмерно малой скоростью или с очень низкими энергетическими показателями. Возможно, что двигателю придется развить момент недопустимого значения, что в скором времени приведет к перегрузке по току и выходу привода из строя.
Поэтому так важен выбор механической характеристики двигателя под характеристику привода. А механические характеристики приводов поддаются некоторой классификации – у большинства механизмов есть некоторые общие принципы и закономерности в работе. Вот наиболее распространенные характеристики приводов:
Характеристика, свойственная приводам грузоподъемных механизмов. Момент сопротивления в таких приводах зависит только от массы поднимаемого или опускаемого груза. Направление же движения не оказывает никакого влияния на значение момента.
Электродвигателей, идеально подходящих под такую характеристику, не существует, поэтому в грузоподъемных приводах применяют асинхронные двигатели, реже – двигатели постоянного тока независимого или параллельного возбуждения.
Характеристика привода «сухого трения». Момент сопротивления в таком приводе меняет направление вместе с изменением направления движения. При этом по модулю момент сопротивления остается постоянным.
Примером такого привода можно считать любой реверсивный привод деревообрабатывающего или другого станка. Привод «сухого трения» имеет очень схожую с грузоподъемным приводом характеристику, поэтому двигатели в этих приводах применяются одни и те же.
Характеристика привода «вязкого трения». Это привод, момент сопротивления в котором находится в пропорциональной зависимости от скорости.
Реальный пример такого привода подобрать трудно, но физической его моделью является механизм, перемещающий твердое тело в жидкой вязкой среде при полном отсутствии помех со стороны гравитации. Двигателей, идеально соответствующих по характеристике такому приводу, тоже не существует.
Вентиляторная характеристика, свойственная не только приводам вентиляторов, но и насосов. Особенность ее заключается в том, что момент сопротивления привода находится в квадратичной зависимости от скорости.
Поэтому даже небольшое возрастание скорости работы привода ведет к существенному возрастанию нагрузки на двигатель. И эта характеристика не соответствует естественной характеристике электродвигателей какого-либо типа.
Транспортная характеристика, свойственная тяговым приводам электрического транспорта. Эта механическая характеристика отличается практически полным отсутствием статического момента на больших скоростях и очень большим моментом сопротивления на скоростях малых.
Характеристика принимает вид гиперболы, расположенной в первом и третьем квадранте. Похожую характеристику имеют двигатели постоянного тока смешанного и последовательного возбуждения – они обычно и применяются в таких приводах.
Позиционная характеристика, свойственная, например, приводу поворота большой радиолокационной антенны. Поскольку направление ветра в каждый момент времени постоянно, то ветер может способствовать или противодействовать повороту антенны. И зависеть это будет от ее текущего положения, то есть «позиции». Характеристика позиционного привода может иметь самую разную форму, которая, к тому же, может меняться с течением времени. Ведь ветер или другая сторонняя сила может всегда сменить направление.
Очевидно, что практически под любую из упомянутых выше механических характеристик привода, очень трудно подобрать двигатель с идеальной механической характеристикой.
Именно поэтому постоянно разрабатываются и совершенствуются системы управления электроприводами, позволяющие формировать для двигателя оптимальную механическую характеристику.