Энергия двигателя, передаваемая по кинематической схеме к рабочим механизмам, расходуется на преодоление сопротивлений движению рабочего органа. Движению (усилию) рабочих механизмов препятствуют так называемые силы сопротивления — силы резания при копании, вес ковша и поднимаемого груза, силы трения в передачах и др. Эти статические силы называются тормозными нагрузками на рабочий механизм и его привод (нагрузки,, приведенные к валу двигателя, называют моментом нагрузки или статическим моментом). Двигатели в установившемся режиме развивают движущий момент, равный тормозному (статическому).
Во время копания толщина снимаемого слоя грунта (стружки) и заполнение ковша регулируются увеличением или снижением усилия напора, вследствие чего рукоять с ковшом подается в забой или выдвигается из него, изменяя толщину снимаемой стружки.
При разработке неоднородных грунтов наиболее характерным для главных экскаваторных механизмов подъема и напора (тяги) является возможности их вынужденной остановки во время нормальной работы, например, при слишком большом заглублении ковша или в случае встречи ковша с непреодолимым препятствием и т.д. Этот режим работы на упор, или иначе стопорение, аналогичен заклиниванию рабочего механизма при Нормальной его работе, и для любой другой машины он считался бы аварийным. Такой режим работы экскаватора опасен как для самого двигателя, электрической аппаратуры и питающей сети, так и для рабочего механизма, так как возникающий при этом момент в несколько раз (2,5-5) больше номинального (подробнее см. ниже). Этот момент может вызвать поломку механизма. Следовательно, в экскаваторном электроприводе необходимо автоматически ограничивать ток и момент двигателя при возрастании механической нагрузки, т.е. тормозящего момента на валу двигателя. Для сохранения нормальной наибольшей производительности экскаватора желательно, чтобы двигатель работал с постоянной наибольшей частотой вращения до момента стопорения, т. е. до тех пор, пока нагрузка не возрастет до опасного предела.
Указанные эксплуатационные требования к электроприводу, как и ряд других требований, наиболее полно и наглядно можно отобразить в так называемой идеальной механической характеристике электропривода экскаватора (см. кривую adc на рис. 3), которая представляет собой зависимость частоты вращения двигателя от вращающегося момента на его валу при определенном (постоянном) значении напряжения на двигателе и установившемся режиме его работы.
Рисунок 3 - механические характеристики различных систем привода и зависимость основных параметров асинхронного двигателя от скольжения:
1 – характеристика индуктивного сопротивления ротора; 2 – характеристика ЭДС ротора; 3 – кривая коэффициента мощности; 4 – характеристика тока ротора; 5 – характеристика тока статора; 6 – идеальная экскаваторная характеристика; 7 – кривая вращающего момента (механическая характеристика) асинхронного двигателя трехфазного тока; 8 – механическая характеристика системы Г-Д.
Как видно из рис. 3, идеальная механический характеристика такого (идеального) двигатели экскаватора действительно удовлетворяла бы всем поставленным выше требованиям. При такой характеристике двигатель, а, следовательно, и рабочий механизм предохраняются от чрезмерных перегрузок, так как двигатель работает с постоянной наибольшей частотой вращения до тех пор, пока нагрузка (момент) не возрастет до определенного значения, вызывающего начало стопорения. Когда момент возрастает еще больше, двигатель сравнительно быстро снижает частоту вращения, при этом вращающий момент на валу двигателя не уменьшается, а несколько возрастает. В точке с при достижении максимального момента, называемого стопорным моментом, двигатель останавливается.
