3.5.4. Компенсация реактивной мощности

синхронным двигателем

К числу положительных свойств синхронного двигателя относится возможность компенсации реактивной мощности, потребляемой из сети.

Действительно, результирующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, состоит из двух составляющих: ампервитков обмотки статора I₁·W₁ и ампер-витков обмотки возбуждения I_в·W_в. Меняя соотношение указанных составляющих, можно осуществить перераспределение реактивной мощности между сетью (Q_p1) и источником питания обмотки возбуждения.

99

Если Q_p1>0, то двигатель потребляет реактивную мощность из сети и обмотки возбуждения и коэффициент мощности сosφ₁ – отстающий; при Q_p1= 0 – вся реактив-ная мощность поступает с обмотки возбуждения и сosφ₁= 1. При насыщенной магнитной системе с дальнейшим ростом тока Iв в обмотке возбуждения реактивная мощность от ротора через воздушный зазор и обмотку статора поступает в промышленную сеть.

Еще одно примечательное свойство – возможность управления потоком реактивной мощности за счет воз-буждения, что отражают U–образные характеристики, ко-торые отражают зависимость полного тока синхронного двигателя I₁ от потока возбуждения I_в, приведенными на рис. 3.53.

Здесь кривая II представляет собой регулировочную ха-рактеристику синхронного двигателя I₁(I_в) при сosφ₁= 1 для различных значений нагрузки Р₁> Р₂> Р₃. Слева от кривой II двигатель недовозбужден, справа – перевозбужден. Кривая I – граница статической устойчивости двигателя, III – граница по условиям допустимого нагрева обмотки возбуждения и самораскачивания двигателя.

Рис. 3.53. Зависимость полного тока СД от тока возбуждения

100

3.7 Механические характеристики

многодвигательного электропривода

3.7.1. Многодвигательные электроприводы с

механическим валом

Увеличение числа двигателей в электроприводах раз­личных производственных механизмов, особенно при боль­шой мощности и при значительной механической инерции, является одной из характерных тенденций в развитии современного машиностроения. Преимущества многодви­гательного электропривода инерционных механизмов и установок большой мощности известны: увеличение числа валопроводов механизма при заданном допустимом ускоре­нии и при заданной статической нагрузке позволяет умень­шить нагрузку каждого валопровода и за счет этого облег­чить передачи; облегчается задача унификации электропри­водов различных по мощности установок; уменьшается суммарный момент инерции роторов двигателей и т. п.

Подобного рода многодвигательные электроприводы встреча-ются в механизмах металлургической промышлен­ности, кузнечно-прессовых машинах, подъемно-транспортных устройствах, в специальных установках большой мощности и т.п. Такие электроприводы характеризуются:

- бόльшими возможностями в отношении регулирования скорости и момента;

-снижением суммарного момента инерции системы по сравнению с системой однодвигательного электропривода;

-взаимным резервированием электрических машин;

-возможностью создания мощных установок при использовании серийных электрических машин небольшой мощности;

- упрощением механического оборудования и лучшим конструктивным размещением электродвигателей.

Важной задачей в подобных системах являете необходимость равномерного распределения нагрузок между отдельными элект роприводами в статическом и динамическом режимах. Рас- смотрим вопрос о распределении нагрузок в статике на про-

101

стейшем примере многодвига­тельного электропривода - двухдвигательном электропри­воде (рис. 3.54).

Благодаря наличию механической связи между роторами двигателей в статических режимах работы угловые скорости двигателей одинаковы при любых различиях в механических характеристиках, а результирущий мо­мент электропривода равен сумме моментов двигателей:

М = М₁+М₂ = β₁(ω₀₁-ω)+β₂(ω₀₂-ω) (3.87)

где β₁; ω_о1 и β₂; ω_о2 — модули жесткости и скорости идеаль­ного холостого хода соответственно двигателей 1Д и 2Д. С помощью (13-1) определяется результирующая механи­ческая характеристика двухдвигательного электропривода:

ω = . (3.88)

Скорость двухдвигательного электропривода в стати­ческом режиме работы определяется подстановкой в (3.87) значения М = М_с. При этом в общем случае моменты М₁ и М₂, развиваемые двигателями, не равны:

М₁= β₁(ω₀₁-ω) ≠ М₂= β₂(ω₀₂-ω)

Рис. 3.54. Схема (а) и механические характеристики двухдвигателыюго асинхронного электропривода (б).

Очевидным условием равенства статических нагрузок двигате-

лей в данном случае является идентичность их ме­ханических характеристик, т. е. β₁ = β₂ и ω_о1 = ω₀₂. В представленном на рис.3.54 асинхронном двухдвигательном электроприводе ω_о1 — ω₀₂, однако жесткости β₁ и β₂ различны в связи с практически

102

неизбежным разбросом сопротивлений роторной обмотки даже у однотипных дви­гателей. При этом нагрузки распределяются пропорцио­нально модулям жесткости β₁ и β₂, как показано на рис.3.54, б, где кривая 1 есть зависимость ω = f(М) для дви­гателя 1Д, кривая 2 — то же для двигателя 2Д, а кривая 3 представляет собой результирующую механическую харак­теристику электропривода.

Возникающая неодинаковость загрузки двигателей весьма неблагоприятна, так как вынуждает завышать мощность двигателей, поэтому необходимо принимать меры к увеличению равномерности распределения нагрузок.

В асинхронном электроприводе при двигателях с фаз­ным ротором можно добиваться равенства жесткостей ме­ханических характеристик всех двигателей многодвигатель­ного электропривода, вводя добавочные сопротивления в роторную цепь двигателей с более жесткими характери­стиками. Рассматривая рис.3.54, б, можно заключить, что влияние неодинаковости сопротивлений силовой цепи двигателей тем выше, чем большую жесткость имеют характеристики двигателей в среднем, поэтому при двига­телях с короткозамкнутым ротором для многодвигательного электропривода предпочтительны АД с повышенным номинальным скольжением.

Для двигателей постоянного тока с независимым воз­буждением проблема распределения нагрузок в многодви­гательном электроприводе при параллельном их подклю­чении к источнику питания (рис. 13-2, а) является еще более острой. Здесь возможны различия не только в жесткостях, но и в скоростях идеального холостого хода, ко­торые могут не сов- падать как из-за различия сопротивлений обмоток возбуждения, так и из-за различия характеристик магнитной цепи. Высокую равномерность загрузки дви­гателей при этом обеспечивает последовательное соединение якорных обмоток, по схеме, приведенной на рис. 13-2, б. Токи якорей при этом одинаковы во всех режимах, и отклонения в развиваемых двигателями моментах опреде­ляются возможными отклонениями потоков

103

двигателей от установившегося значения:

М₁ = kФ₁I₁ и М₂ = kФ₂I₂

Рис. 3.55. Схемы включения двухдвигательного

электропривода постоянного тока.

Так как возможный разброс значений потока невелик, схема с последовательным соединением двигателей постоян­ного тока обеспечивает наиболее благоприятные условия работы многодвигательного электропривода в отношении распределения статических нагрузок. Это обстоятельство и определило ее широкое использование на практике.

Зависимость скорости идеального холостого хода и жесткости механической характеристики двухдвигательного электропривода (3.88) определяет возможности полу­чения специальных характеристик для регулирования ско­рости.

Рис. 3.56. Схема получения устойчивой пониженной скорости (а) и механические характеристики (б) в двух двигательном асинхронном электроприводе.

104

На рис. 3.56, а в качестве примера приведена схема двухдвигательного асинхронного электропривода с двига­телями с фазным ротором, один из которых включен по схеме динамического тормо жения с небольшим сопротив­лением (кривая 1 на рис.3.56, б), а второй включен в сеть с большим добавочным сопротивлением в цепи ротора (кривая 2 на рис.3.56, 6). Результирующая механическая характеристика электропривода имеет вид кривой 3 на том же рисунке. Она обладает низкой скоростью идеального холостого хода и высокой жесткостью, т. е. позволяет получить низкую устойчивую скорость при изменяющейся нагрузке. Подобные схемы достаточно просты и находят практическое применение в двухдвигательных электропри­водах различных механизмов. Их недостаток — значитель­ные потери энергии при работе на низкой скорости, зна­чительно превышающие при той же нагрузке потери при реостатном регулировании.