Рис. 3.6. Характеристики двигателей постоянного тока: а — шунтово-го; б — сериесного; в — компаундного

Будем плавно увеличивать нагрузку стандартного электродвигателя постоянного тока с параллельным соединением обмотки возбуждения, пока не достигнем полной номинальной нагрузки. Измерим частоту вращения двигателя при каждом увеличении нагрузки, и по результатам измерений построим график зависимости частоты вращения от нагрузки. Для этого по горизонтальной оси отложим отрезки, пропорциональные нагрузке, а по вертикальной оси — отрезки, пропорциональные частоте вращения (рис. 3.6, а). Полученная зависимость частоты вращения двигателя от развиваемого им момента называется механической характеристикой электродвигателя.

Суждения или вводя дополнительные секции этих обмоток, иначе говоря, используя искусственные приемы определения характеристик, наиболее желательных для данного электропривода.

Продолжая увеличивать нагрузку свыше 100 , получим характеристику, также прямолинейную, до полной остановки двигателя. Естественная характеристика электродвигателя определена практическим путем вплоть до значения нагрузки 130—150. Дальнейший ход ее не совсем прямолинейный, что нас не интересует, так как до таких перегрузок электродвигатель не доводят. Из приведенной характеристики электродвигателя с параллельным соединением обмотки возбуждения видно, что с увеличением нагрузки частота вращения двигателя плавно снижается.

Ознакомимся теперь с естественной характеристикой электродвигателя, имеющего последовательную обмотку возбуждения. Как видно из этой характеристики на рис. 3.6, б, двигатель при холостом ходе развивает недопустимо большую частоту вращения, машину нельзя включать без нагрузки — ее может «разнести», центробежные силы могут выбросить обмотку из пазов якоря, разорвать коллектор и разрушить машину.

В связи с этим электродвигатель с последовательным соединением обмоток возбуждения пригоден для работы только со связанной нагрузкой—через редуктор, зубчатую передачу, но не приспособлен для работы с ременной передачей, так как при обрыве ремня машина разовьет большую частоту вращения и может быть повреждена. Такие двигатели применяют для подъемных кранов, трамвая, электротележек, где не может быть работы без нагрузки. Заметим, что при увеличении нагрузки частота вращения такого электродвигателя довольно быстро уменьшается, характеристика его круто падающая, а не пологая, как у двигателя с параллельной обмоткой возбуждения.

Электродвигатель со смешанным возбуждением, как видно из его естественной характеристики на рис. 3.6, в, допускает работу на холостом ходу, но при увеличении нагрузки частота вращения его падает довольно быстро, хотя и медленнее, чем у двигателя с последовательной обмоткой возбуждения.
Естественную характеристику можно значительно видоизменить и получить вместо одной ряд искусственных характеристик.

Рис. 3.7. Естественные характеристики различных электродвигателей

Однако естественная характеристика всегда остается основной, поэтому сначала необходимо выбрать вид двигателя для каждого механизма крана. Кроме зависимости частоты вращения от нагрузки нас интересуют допустимая перегрузка двигателя, ее продолжительность и диапазон регулирования частоты вращения.

В зависимости от степени изменения частоты вращения при изменении момента нагрузки естественные механические характеристики делятся на три группы (рис. 3.7):
абсолютно жесткая (1), когда частота вращения двигателя не зависит от нагрузки, т. е. постоянна; такую характеристику имеет синхронный двигатель, не применяемый в крановом оборудовании;
жесткая (2), когда частота вращения двигателя незначительно снижается при увеличении нагрузки от холостого хода до номинальной; такая характеристика свойственна двигателям постоянного тока с параллельным возбуждением и асинхронным;
мягкая (3), когда частота вращения двигателя в значительной степени зависит от нагрузки; такую характеристику имеют двигатели постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением.

Рассмотрим искусственную (реостатную) механическую характеристику двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения. Зависимость вращающего момента М, Н-м, двигателя от его мощности и частоты вращения выражена следующей формулой:
М = 9750Р/М, (3.9)
где Р — мощность, кВт; п — частота вращения, об/мин. Отсюда видно, что мощность двигателя пропорциональна вращающему моменту и все толчки механической нагрузки передаются в электрическую сеть. Для смягчения толчков тока вводят сопротивление в цепь якоря электродвигателя, и его характеристика при этом также «смягчается» — частота вращения двигателя падает более резко с увеличением нагрузки, чем при естественной характеристике, наклон характеристики увеличивается.

Наклон естественной механической характеристики зависит от относительного сопротивления якоря двигателя.

Рис. 3.8.