книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

генератора и отдает через вспомогательный агрегат эиергпю в сеть. Направление потока энергии для этого случая показано на схеме сплошными стрелками. С помощью потенциометра в цепи возбуж­ дения машины М П можно плавно регулировать величину ее тока возбуждения и э. д. с., а значит, напряжение на ее зажимах и соот­ ветственно ток в цепи якоря нагрузочной машины НМ. Прн посто­ янстве потока последней в соответствии с (2-8) показания ампер-

r\j

Рпс. 2-65. К принципу работы эксперименталь­ ной установки для снятия статических механи­ ческих характеристик в двигательном п тормоз­ ных режимах.

метра, включенного в якорной цепи, могут быть пересчитаны на ве­

Рассматриваемая система позволяет построить эксперимен­ тальным методом характеристики испытуемой машины И Д п тогда, когда она работает в генераторном режпме с рекуперацией энергии в сеть. В этом случае машина Н М работает в двигательном режпме п передает энергию со своего вала машине ИД, скорость которой должна быть выше скорости идеального холостого хода. Увеличение скорости ИД достигается за счет повышения напряжения машины

130

МП, которая работает генератором. Энергия в указанном режиме поступает от сети через машины,#, МП, Н М и возвращается в сеть машиной ИД. Направление потока энергии для этого случая показано па схеме пунктирными стрелками.

Как видно на рис. 2-65, б, нагрузочное устройство позволяет получить ряд устойчивых рабочих точек механической характери­ стики двигателя ИД н машины НМ. Характеристики испытуемой асинхронной машины с помохцыо рассматриваемой системы могут быть сняты и в других режимах: при протнвовключешш н динамиче­ ском торможении.

При построении механических характеристик эксперименталь­ ным методом следует иметь в впду, что характеристика двигателя, полученная на основании измерения величины тока в якорной цепи Н М в системе рис. 2-65, а, будет отличаться от истинной. Отлично это определяется тем, что машина И Д в двигательном режиме раз­ вивает момент, не только преодолевающий момент нагрузочной ма­ шины ИМ, но и идущий на преодоление момента, обусловленного потерями в агрегате И Д —НМ . В тормозных режимах момент, раз­ виваемый ИД, будет меньше электромагнитного момента НМ. По указанным причинам истинная характеристика 1 испытуемого дви­ гателя ИД, приведенная па рис. 2-65, в, находится путем алгебраи­ ческого суммирования характеристики 2, полученной по измерению тока якорной цепи Н М —МП, п характеристики потерь 3. Последняя может быть снята при отключенной от сети машине И Д и питании агрегата И М —И Д от машины МП. График потерь в агрегате Н М —И Д должен быть учтен при снятии характеристик И Д п в тор­ мозных режимах.

Г л а в а т р е т ь я

ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

3-1. ДВУХДВИГАТЕЛЫ1ЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

СОБЩИМ МЕХАНИЧЕСКИМ ВАЛОМ

Вряде случаев используются системы электропривода, вклю­ чающие в себя нс одпп двигатель, а два, три п более. При этом ма­ шины работают совместно, приводя в движение один рабочий орган. Тайне электроприводы характеризуются большими возможностями

вотношении регулирования скорости и момента, взаимным резер­ вированием электрических машин, снижением суммарного момента инерции системы по сравнению с системой однодвигательного элект­

ропривода, возможностью создания мощных установок при исполь­ зовании серийных электрических машин относительно небольшой мощности, упрощением механического оборудования н лучшим кон­ структивным размещением электродвигателей.

Дополнительные возможности системы электропривода с не­ сколькими двигателями могут быть пояснены при рассмотрении сле­ дующих примеров. Представим систему, где на одном валу с асип-. хрогшым двигателем Д, приводящим в движение рабочий оргап

РО производственного механизма, установлено какое-либо тормоз­ ное устройство М, как показано на рис. 3-1. Последнее может быть представлено в виде механического тормоза пли электрической ма­ шины.

Асинхронная машина, работающая в двигательном режиме, имеет изображенную рис. 3-1, б характеристику 7. Тормозное устрой­ ство может иметь различные характеристики и, в частности, приве­ денные на рис. 3-1, б характеристики 2 п 3. Угловая скорость вала производственного механизма определяется суммарной механической характеристикой двигателя п тормозного устройства. Очевидно, что при одном п том же значении угловой скорости момент на суммарной механической характеристике равен алгебраической сумме моментов исходных характеристик. На рис. 3-1, б показано построение таких характеристик: суммирование 1 и 2 позволяет

Рпс. 3-1. Система электропривода с тормозным устройством (а) и се механические характери­ стики (б).

получить характеристику 2', а 7 п 3 — характеристику 3'. Как видно из приведенного рисунка, у системы электропривода появля­ ются дополнительные возможности устойчивой работы при понижен­ ных угловых скоростях вала производственного механизма. Однако нрп работе на пониженных скоростях энергия, получаемая из сети, в значительной мере расходуется в тормозном устройстве. Это огра­ ничивает целесообразность применения данного способа регулиро­ вания скорости, за исключением тех случаев, когда работа меха­ низма на пониженной скорости составляет лишь малое время в пол­ ном рабочем цикле.

Принцип суммирования механических характеристик нашел значительное примените в подъемно-транспортной технике, где часто бывает необходимым осуществлять движение механизмов на пониженной скорости перед пх остановкой. Характерными приме­ рами, где попользуется указанный припцип, являются двухдвигателыше асинхронные электроприводы, схемы п механические харак­ теристики которых приведены па рпс. 3-2. Такие схемы могут ис­ пользоваться для привода лифтов, кранов п других механизмов.

Двухдвнгательпый электропривод, работающий по схемо рпс. 3-2, а, позволяет получить проходящую через начало коор­ динат характеристику 3 путем суммирования характеристик 7 п 2. В приведенной системе два двигателя работают на один вал, но при спуске грузов одни из них, например А, работает в двигательном

132

режиме, а другой, т. е. В, в режиме протпвовключения. При подъеме грузов оба двигателя включаются в сеть таким образом, что создают одинаковые по величине и знаку моменты.

В том случае, когда возникает необходимость в получении устойчивой лгалой скорости подъема груза, может быть использована та же двухдвигательная система, но при этом один из двигателей, например Б, работает в режиме динамического торможения согласно

А В С А С В

А В С + -

Рис. 3-2. Системы асинхронного двухдвигательного электропривода с наложением характеристик двига­ тельного и тормозного режимов, используемые для по­ лучения пониженной скорости прн спуске (а) н подъе­ ме (б) грузов.

схеме на рис. 3-2, б. При этом характеристика 3 получается путем суммирования характеристик двигательного режима 1 для машины А и динамического торможения 2 для машины Б.

Отметим, что приведенные комбинации режимов работы машин и характеристик двухдвигательных электроприводов не исчерпы­ вают всего их многообразия. Находят, например, применение си­ стемы: асннхронпый двигатель — двигатель последовательного воз­ буждения, аспнхроишл! двигатель — специальный вихревой гене­ ратор п т. д.

Своеобразные задачи возникают прн создашш спстем много­ двигательного электропривода, когда пет необходимости в получении дополнительных регулировочных характеристик, а желательно деле-

133

дше однои машинной единицы на несколько по условиям конструк­ тивного характера, ввиду отсутствия крупных серийных машин п т. д. При совместной работе двигателей на общий вал значитель­ ный интерес представляет распределение суммарной нагрузки вала между отдельными двигателями. Задача определения нагрузки на каждом двигателе решается просто и наглядно графическим пу­ тем. Для этого, используя механические характеристики двигателя, суммируют при одной и Toil же скорости их моменты. Зависимость суммарного момента от скорости дает механическую характеристику привода в целом. Зная общий момепт сопротивления на валу, можно определить угловую скорость вала. По известной угловой скорости

с цомощыо мехаппческпх ха­ рактеристик двигателей нахо­ дят их моменты.

На рис. 3-3 показано рас­ пределение нагрузок между двумя асинхронными двигате­ лями, механические характе­ ристики которых различаются по жесткости. Двигатель Д2 с более мягкой характеристи­ кой оказывается меньше загру­ женным. Если двигатели выб­ раны с одинаковым поминаль­

гателями, работающими совместно на общий вал, является обес­ печение их одинаковой загрузки. Эта задача решается прежде всего применением одинаковых двигателей, т. е. они выбираются нз одной п Toii же серин и имеют равную мощность. Однако

даже одинаковые двигатели могут" несколько отличаться но своим характеристикам. Поэтому для более точного выравнивания нагру­ зок, что особенно важно для приводов большой мощности, двига­ тели должны подбираться индивидуально с экспериментальной проверкой па идентичность их механических характеристик. Не­ сколько проще решается вопрос выравнивания нагрузок для асин­ хронных двигателей с фазным ротором. Прп отсутствии идентичности в характеристиках в роторную цепь двигателя, имеющего более жест­ кую характеристику, вводят дополпнтельпое сопротивление соответ­ ствующей велпчпны.

При создании систем двухдвпгательпого привода используются двигатели постояппого тока с независимым возбуждением. Прп па­ раллельном включении этих двигателей их загрузка может оказаться существенно более неравномерной, чем у асинхронных двигателей. Это объясняется возможностью различия ие только жесткости ха­ рактеристик, но и значений скорости холостого хода, как показано

134

на рис. 3-4. Задачу определения загрузкп двигателей постоянного тока с линейными механическими характеристиками можно решить аналитически.

В соответствии с (2-15) и (2-16) для характеристик 1 и 2 на рис. 3-4, б можно записать:

Л/1 = Мк. 8 i - | P i l e ; I

Mz — Mк.32—| Ра I /

Сложив эти уравнения, получим выражение для результирую­ щей механической характеристики двухдвпгательного привода, изображенной на рис. 3-4, б пунктирной линией

Совместное решение (3-1) п (3-2) позволяет найти распределение нагрузки М = М с между двигателями

Из полученных выражений следует, что для двигателя, имею­ щего меньшую скорость холостого хода, возможен генераторный

Рис. 3-4. Двухдвпгательиый электропривод с ма­ шинами независимого возбуждения при их па­ раллельном включении (а) и его механические характеристики (б).

режим при двигательном режиме привода в делом. Согласно (3-3) генераторный режим наступает для двигателя Д2 при

М с <(<о0 — ю0а)/|Р1-

Это означает, что другой двигатель, Д1, преодолевает не только весь момент сопротпвленпя привода, но п тормозной момент ма­ шины Д2. В этом случае по контуру якорных цепей машинД1 к Д 2 бес­ полезно циркулирует поток энергии: рекуперированная генератором Д2 энергия потребляется двигателем Д 1 , преобразуется им в меха­ ническую энергию и передается по валу Д2, который преобразует

135

ее, в свою очередь, вновь в электрическую, которая через сеть посту­ пает па Д1. При такой циркуляции потока энергии полезная работа це совершается, а только выделяются доиолннтелышо потерн ии пути этого потока. Различие в скоростях холостого хода создает наиболее неблагоприятное распределение нагрузок у двигателей. Поэтому при работе двигателей с независимым возбуждением на об­ щин вал прежде всего выравнивают скорости холостого хода путем соответствующего регулирования токов возбуждения, добиваясь равенства магнитных потоков машшг.

При равенстве скоростей холостого хода нагрузка по двигате­ лям распределяется пропорционально жесткостям нх механических характеристик:

й/2= ^ 1 й / с; ЛА/Л^Н Pi П р е ­

данный вывод можно отнести- н к асинхронным двигателям, принимая линейными рабочие участки нх механических характерн-

Рпс. 3-5. Двухдвпгателышй электропривод с маши­ нами независимого возбуждения при последователь­ ном соединении якорей и обмоток возбуждения (а)

н его механическая характеристика (б).

стпк. Для одинаковых однотипных двигателей постоянного тока с независимым возбуждением при равных магнитных потоках на­ грузка распределяется обратно пропорционально сопротивлениям их якорей:

Л/ j Л /2 =

Для выравнивания нагрузок двигателей применяют последова­ тельное включение нх якорей по схеме на рис. 3-5, а. По якорям машин в данном случае проходит одпн и тот же ток, что обусловли­ вает равные моменты двигателей при одинаковых магнитных пото­ ках (с1д = Ф2 = Ф). Для общей якорной цепп справедливы урав­ нения:

Решая систему уравнении относительно общих для двух двига­ телей величин ш п / я, получаем выражения для скоростной и меха-

136

ннческои характеристик двухдвигательного привода

На рпс. 3-5, б пунктирной линией обозначена механическая характеристики привода. Напряжения на якорях машин в зависи­ мости от тока нагрузки соответственно равны:

Таким образом, при последовательном включении двигателей, в отличие от параллельного, при разных сопротивлениях якорей

Рис. 3-6. К вопросу учета упругих деформации вала в двухдвнгательном электроприводе.

нагрузки на валах двигателей равны, а напряжения иа якорях раз­ личны. Это обстоятельство следует учитывать при расчете систем электропривода.

При рассмотрении двухдвигательного привода предполагается, что вал, соединяющий двигатели, абсолютно жесткий. Тот факт, что в действительности соединительный вал обладает определен­ ной упругостью, не вносит каких-либо изменений в работу элект­ ропривода в установившихся режимах. Скорости двигателей оста­ ются равными как в случае жесткого, так и упругого вала. Однако для двухдвигательного привода с упругим валом дополнительный интерес представляет определение величин упругих моментов и де­ формации вала. Величина момента, возникающего в упругом валу, зависит от места приложения нагрузки. Еслп двигатели располо­ жены симметрично относительно рабочего органа с нагрузкой М с, согласно схеме па рис. 3-6, а, то в левой и правой половинах вала возникают упругие моменты, соответственно равные моментам дви­ гателей

_Д/yi—.1/L; А/ у2 —.1[2■

137

Двигателю с более жесткой механической характеристикой соответствует больший упругий момент. При этом роторы двигате­ лей Д1 и Д 2 будут повернуты друг относительно друга на угол

где С — жесткость соединительного вала между двигателями. Если рабочий орган с двигателем Д1 связан жестко, а с Д2 —

через упругий вал, как показано в схеме на рис. 3-6, б, то в валу ротора двигателя Д2 возникает упругий момент, равный моменту этого двигателя. При этом роторы Д1 и Д2 повернуты друг отно­ сительно друга па угол

Дф = М ДС.

Наибольшие величины М у и Дф имеют место втом случае, когда механическая характеристика двигателя Д1 более мягкая, чем дви­ гателя Д2.

3-2. МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВАЛОМ

Системы многодвпсателыюго электропривода с электрическим валом применяются для обеспечения одинаковых или пропорциональ­ ных законов движения нескольких механизмов, не имеющих механи­ ческой связи. Такие системы используются для электропривода затворов шлюзов, разводных мостов, конвейеров и других меха­ низмов.

Применение механической связи между отдельными механиз­ мами агрегата, расположенными иа сравшггельно большом расстоя­ нии, приводит к сложным передачам и громоздким конструкциям. С увеличением расстояния растут длина и диаметр соединительных валов, возрастает количество опорных подшипников. В некоторых случаях оказывается вообще невозможным осуществление механиче­ ской связи. При этом механическая связь может быть заменена электрической синхронной связью — электрическим валом. Системы синхронного вращении отдельных механизмов часто позволяют вы­ полнить весь машинный комплекс проще, чем при механической связи этих частей.

Системы электрического вала делятся на две группы: со вспомогательнылш уравнительными машинами и с основными рабочими машинами. Для первой группы характерным является наличие в системе электрического вала уравнительных машин, служащих для выравнивания нагрузки иа валах основных двигателей. Во вто­ рой группе уравиительные машины отсутствуют и синхронная связь осуществляется основными рабочими машинами. Иногдадля первой и второй групп применяются соответственно термины: урав­ нительный и рабочий электрический вал. Уравнительный электри­ ческий вал может быть выполнен с синхронными и асинхронными вспомогательными мйшппамн, рабочий электрический вал — с асин­ хронными двигателями с фазным ротором.

138

а) Система с уравнительными сипхропнымн машинами

Схема электрического вала с уравнительными синхронными машинами приведена на рис. 3-7, а. На валах главных приводных асинхронных двигателей Д1 п Д2 установлены одинаковые уравни­ тельные синхронные машины СM l п СМ2. К каждому механиче­ скому валу в системе приложена нагрузка, определяемая статиче­ скими моментами М С1 п М С2.

При равных угловых скоростях п равных нагрузках первого

п второго вала векторы э. д. с. статорных цепей Ё^'и Е? 'синхронных маиши СМ1 и СМ2 будут равны по величине н в соответствии со

схемой соедпнсипя паправлены навстречу друг другу, как это пока­ зано на векторной диаграмме рпс. 3-7, б. При этом обе машины не будут развивать момента, так как токи в пх статорных цепях равны пулю.

Еслп в процессе работы системы с установившейся скоростью нагрузка на одном пз валов изменится, то угол рассогласования

между векторами э. д. с. Е\11н Е'Д станет отличным .от нуляп в си­ стеме начнет действовать спнхронпзпрующпй момент М аш. Допу­ стим, что возросла нагрузка па валу II, тогда вектор э. д. с. этой

машпиы Е,21 отстанет от первоначального положения на угол в, показанпый па рпс. 3-7, в. Из векторной диаграммы следует, что

проекция вектора тока/хнавекторэ. д.с. E f ' отрицательна. Это озна­ чает, что ток в цепи статора машины СМ2 протекает под действием

внешпего источника (в данном случае э. д. с. Ё ^1) п она работает в двигательном режиме. Проекция же вектора тока 1\ на- э. д. с.

EJ1’ положительна, что свидетельствует о работе СM l в генератор­ ном режиме. В соответствия со сказанным .синхронизирующий мо­

139