Электрические двигатели

В приводах строительных машин применяют электродвигатели переменного и постоянного тока.

Асинхронные электродвигатели переменного тока, короткозамкнутые и с фазным ротором (называют также двигателями с контактными кольцами). Они обычно питаются от электросети напряжением 220 и 380 В с нормальной частотой 50 Гц. Эти двигатели конструктивно просты, дешевы, надежны и удобны в эксплуатации. Их недостатком является высокая чувствительность к колебаниям напряжения в питающей сети. Типовая механическая характеристика 3 асинхронного электродвигателя показана на рис.13, где через Т и n, как и прежде, обозначены соответственно вращающий момент и частота вращения вала двигателя. Считается, что двигатель работает на естественной механической

Рис.13. Естественная (3) и пусковые (реостатные) (1 и 2) характеристики асинхронного электродвигателя

характеристике, если он включен в сеть с напряжением и частотой, соответствующими указанным в его паспорте, а также если в его электрическую схему не включены дополнительные сопротивления. В противном случае получаем искусственную механическую характеристику. Рабочим является участок механической характеристики между точками с координатами (Т= 0; п = n₀) и (Т= Т_к; п = n_к).

Момент Т = Т_н и частота вращения п = п_н на этом участке являются номинальными, соответствующими наибольшему ресурсу двигателя. Перегрузочная способность асинхронных двигателей общего назначения

определяется отношением максимального момента Т_к к номинальному Т_н на естественной характеристике: k_пер=Т_к/Т_н составляет 1,7...2,0 (для короткозамкнутых двигателей до 2,4), а для двигателей кранового типа - 2,3... 3,0. Частота вращения вала двигателя n на рабочем участке механической характеристики изменяется незначительно, в связи с чем естественную механическую характеристику асинхронного двигателя можно считать жесткой.

Момент Т_п при n=0 называют пусковым. Его отношение к номинальному моменту Т_н для короткозамкнутых двигателей общего назначения составляет 1,0... 1,9, а для двигателей кранового типа 2,3...3,0. Для двигателей с фазным ротором это отношение составляет 0,5... 1,5, тогда как пусковой ток превышает номинальный в 5 —7 раз. Для уменьшения пускового тока этих двигателей в цепь обмотки ротора с помощью реостата включают дополнительные сопротивления. Каждому сопротивлению в цепи ротора соответствует своя искусственная механическая характеристика, называемая также реостатной.

Так, например, при включении в цепь ротора двух пусковых сопротивлений, которым соответствуют искусственные характеристики 1 и 2, момент при пуске будет изменяться от Т₁ до Т₂, которые называют моментами отсечки. После включения двигателя он будет работать на характеристике 1. При этом момент будет уменьшаться от Т_А (не обязательно совпадающего с Т₂) до Т₁), а частота вращения вала увеличиваться от нуля до n_В При достижении последнего сопротивление, соответствующее характеристике 1, автоматически отключается, вследствие чего момент увеличивается до значения Т = Т₂ с переходом на реостатную характеристику 2. При этом двигатель разгоняется до частоты n_С с одновременным уменьшением момента до Т = Т₁, а после отключения второго сопротивления переходит на естественную характеристику 3 в точке С' с координатами (Т₂; n_C). Пуск заканчивается по достижении точки на естественной характеристике с моментом, равным моменту внешних сопротивлений Т_D. Маршрут пуска показан на рис.13 стрелками. Обязательным условием пуска является условие Т₁ > Т_D. В противном случае уже на первом этапе (участок АВ) частота п = n_B не будет достигнута, а, следовательно, первое сопротивление не будет отключено, и дальнейшая работа возможна только на искусственной характеристике 2. При необходимости указанное условие обеспечивается снижением момента Т_D, в частности, путем отключения трансмиссии или исполнительного механизма от двигателя.

Искусственные характеристики, обладающие меньшими жесткостями по сравнению с естественной, используются в качестве рабочих характеристик, когда необходимо плавно изменять скорости рабочих движений. Короткозамкнутые двигатели запускаются и работают только на естественной характеристике.

Электродвигатели постоянного тока обеспечивают большую плавность пуска и торможения

а б Рис.14. Механические характеристики приводов постоянного тока

механизмов по сравнению с двигателями переменного тока. На рис.14,а представлены механические характеристики приводов, работающих по системе трехобмоточный генератор — двигатель. Они применяются, в частности, на экскаваторах средней мощности. Форма характеристики может быть изменена соответствующим подбором ампер-витков трех обмоток генератора: независимой, шунтовой и сериесной. На рис. 14,б показана механическая характеристика привода постоянного тока по системе генератор ‑ двигатель с электромашинными усилителями, применяемого на экскаваторах большой мощности. Такие характеристики имеют участки малой и повышенной жесткости, что позволяет применять их как в приводах рабочих органов или исполнительных механизмов, требующих плавности изменения скоростей рабочих движений, так и при стабильной скорости, независящей от изменения внешней нагрузки.

Рис.15. Электродвигатели переменного тока асинхронный с короткозамкнутым ротором (а) и с фазным ротором (б, в), постоянного тока (г): 1 ‑ ротор: 2 ‑ обмотка статора; 3, 14 ‑ корпус; 4 ‑ пакет из электротехнической стали; 5 ‑ вал; 6 - контактные кольца; 7 ‑ обмотка фазного ротора; 8 ‑ пакет фазного ротора; 9 ‑ коллектор; 10 - щетки; 11 ‑ якорь; 12 - главный полюс; 13 - катушка обмотки возбуждения; 15 ‑ подшипниковый щит; 16 ‑ вентилятор; 17 ‑ обмотка якоря