Привод подъема, сухого и вязкого трения, транспортный, вентиляторный, позиционный привод. Трудности увязки характеристик двигателей и приводов

Каждый привод имеет свою механическую характеристику: соотношение между скоростью и моментом сопротивления. То есть, для каждой скорости привода есть какое-то определенное сопротивление вращению вала двигателя в устоявшемся режиме.

Так, например, существуют электроприводы, в которых нагрузка никак или почти никак не зависит от скорости. Классический образец – привод подъема грузоподъемной машины. С какой бы скоростью мы бы не поднимали груз, его масса, а значит и вес, будут неизменны, и нагрузка на электропривод не изменится.

В то же время при опускании груза момент нагрузки будет совпадать с направлением вращения двигателя, и это вынудит двигатель перейти в режим электромагнитного тормоза.

Другая категория условно называется приводами «сухого трения». Статический момент сопротивления в них не зависит от абсолютного значения скорости, но меняет свое направление вместе с ней.

Пример подобного привода – реверсивный привод металлорежущего станка. Вне зависимости от направления включения двигателя в нем всегда есть определенный постоянный момент статического сопротивления.

Один из самых редких на практике приводов – это привод «вязкого трения», статический момент сопротивления в котором прямо пропорционален скорости.

Теоретически модель подобного представить нетрудно. Достаточно вообразить себе механизм, перемещающий в двух направлениях рабочий орган в вязкой среде (в жидкости) при условии отсутствия помех со стороны земного притяжения.

Гораздо чаще нагрузка на привод возрастает не прямо пропорционально скорости вала, а по зависимости, описываемой параболой. То есть, даже при небольшом возрастании скорости, статический момент сопротивления будет возрастать очень резко.

Это характерно, например, для приводов вентиляторов и насосов, поэтому привод с такой статической характеристикой и получил название «вентиляторного».

В транспортном приводе момент сопротивления вращению зависит от текущего ускорения, то есть от динамической составляющей.

При разгоне, он преодолевает большой момент, а впоследствии работает практически без нагрузки, зато на большой скорости. Именно такой привод у трамваев, троллейбусов, железнодорожных локомотивов.

Есть и еще один, специфический тип привода – позиционный. Его статический момент сопротивления зависит от текущей позиции. Например, радиолокационная антенна, будучи расположенной перпендикулярно направлению ветра, будет оказывать гораздо большее сопротивление повороту в одну сторону, а в другую повернется свободно. В другом положении осложнен будет поворот в противоположную сторону. Таким образом, момент сопротивления позиционного привода зависит не от скорости, а от положения рабочего органа.

Таким разнообразием отличаются статические характеристики приводов. В идеале, механическая характеристика приводного электродвигателя в каждом случае должна быть как можно ближе к характеристике привода. Это позволит двигателю работать с оптимальными энергетическими показателями, и вообще даст возможность эффективного регулирования и управления.

Но механические характеристики двигателей – зависимости скорости вращения вала двигателя от момента, развиваемого на валу – не отличаются особым разнообразием.

Асинхронные, синхронные двигатели, двигатели постоянного тока параллельного и независимого возбуждения имеют жесткую механическую характеристику, подходящую для работы в составе привода подъема. Их скорость незначительно снижается при увеличении статического момента сопротивления на валу (у синхронного двигателя скорость даже не снижается вовсе).

Двигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения и коллекторные однофазные двигатели переменного тока способны развивать большой момент на малых скоростях, а при отсутствии момента сопротивления их скорость вращения резко возрастает. Их механическая характеристика подходит для транспортного электропривода.

Вот и все на этом. Двигателей, естественная механическая характеристика которых подходит для вентиляторного привода, например, просто не существует. Для привода вентилятора используется обычно асинхронный двигатель. При отсутствии какого-либо регулирования характеристика привода и характеристика двигателя сойдутся в одной общей точке. Следовательно, он будет работать только с одной постоянной скоростью при одном моменте на валу.

При использовании двигателя с жесткой характеристикой в транспортном приводе двигатель будет либо работать большую часть времени в недогруженном состоянии с низким КПД, либо будет запускаться с трудом.

Чтобы оптимизировать работу привода и добиться необходимого соотношения скорости вращения вала и электромагнитного момента, наиболее эффективно использование тиристорно-импульсного регулирования. Причем это в равной степени касается электродвигателей переменного и постоянного тока.

Полупроводниковые управляемые преобразователи позволяют формировать практически произвольные механические характеристики двигателей, обеспечивая лучший КПД и коэффициент мощности.