книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

мент будет направлен таким образом, что увеличится' скорость вала II и уменьшится скорость вала I.

Синхронизирующий момент синхронных машин аналогично (2-100) определится выражением

—синхронное реактивное сопротивление цепп статоров машин.

Следует отметить, что электрический угол рассогласования 0 э. д. с. машин отличается от пространственного угла рассогласо­ вания валов б пр в ру раз, где ру — число пар полюсов уравнитель­ ных синхронных машин, т. е.

0цр — 0 / Р у

Система уравнительного электрического вала может быть вы­ полнена для нескольких рабочих механизмов. При этом в случае неодинаковой их загрузки часть синхронных машин может работать в генераторном, а часть — в двигательном режиме. Распределение нагрузки между машинами будет определяться углами б. По своим физическим свойствам система электрического вала с синхронными машинами аналогична энергетический системе с параллельно рабо­ тающими генераторами.

Наиболее существенным недостатком электрического вала с син­ хронными машинами, резко ограничивающим его применение, явля­ ется отсутствие синхронизирующего момента при скорости, равной нулю, так как в этом случае величины Е ,11п равны нулю. Следо­ вательно, пуск механизмов может осуществляться только в несин­ хронном режиме.

б) Система с уравнительными асипхронными машинами, вращающимися по полю

Более распространенной является система электрического пала с уравнительными асинхронными двигателями с контактными коль­ цами, схема которой приведена на рнс. 3-8. Здесь на валах I и II, кроме главных асинхронных двигателей Д1 п Д2, установлены урав­ нительные асинхронные двигатели АД1 я АД2. Роторные кольца уравнительных двигателей соединены между собой. Нагрузка на валах характеризуется статическими моментами М п н М С2. В зави­ симости от включения статорных обмоток уравнительных машин пх роторы могут вращаться по направлению магнитного поля плп против него.

При анализе работы уравнительных асинхронных маш!ш, вклю­ ченных по схеме электрического вала, часто пренебрегают влиянием падения напряжения в статорных обмотках п считают, что магнит­ ные потоки машин одинаковы п вращаются сннфазно, а э. д. с., наводимые в обмотках роторов этих машин, равны между собой по величине.

В случае равенства статических моментов на валах I н I I на­ грузка воспринимается полностью двигателями Д1 п Д2, а так как пх механические характеристики идентичны, то роторы уравнитель-

140

пых машин АД1 и АД2 вращаются сннфазно, т. е. проводники их обмоток занимают одинаковое положение относительно поля ста­ тора. На рис. 3-9, я приведена схема замещения роторных; цепей

Рис. 3-8. Схема электрического вала с уравнитель­ ными асинхронными машинами.

уравнительных машин, а на рис. 3-9, б показано положенно кату­ шек одноименных фаз роторпых обмоток относительно поля ста­ тора при движении их по полю. Векторная диаграмма для ротор­ ной цепи при равных нагрузках

в впду, что поля статоров обеих машин вращаются спнфазно, т. е. векторы потоков уравнительных машпн совпадают друг с другом.

э. д. с. ротора АД1 будет сдвинут в сторону опережения на угол 0 относительно первоначального положения (рис. 3-10, б).

Вследствие наличия разности э. д. с. Д £ в цепи роторов уравни­ тельных машин появятся ток. Для определения моментов уравпи-

141

тельпых машин целесообразно обратиться к (2-52) и (2-50), нз кото­ рых при принятых допущениях следует:

Л на вектор э. д. с. Е.У положительна, а на вектор э. д. с. Е.{р —

Рпс. 3-10. Диаграмма положения катушек рото­ ров уравнительных асинхронных машин (а) н векторная диаграмма (б) при М С1 > М с„.

отрпцательна. Сопоставление этой диаграммы с диаграммой на рис. 2-42 позволяет сделать вывод о том, что первая машина рабо­ тает в двигательном, а вторая — в генераторном режиме.

В соответствии со схемой замещения на рнс. 3-9, а

димо найти его проекцию на вектор э. д. с. соответствующей ма­ шины. Так, для определения / 21а' необходимо за основной вектор при­

нять вектор э. д. с. Е ‘У, т. е, Е.У = Е.У = /? 2us-

Тогда Ё<г>'— Е \ У & = E„Ksei

Отсюда

пE 2nS [1 -j-eJ tJt-Bi]

142

Учитывая, что при Лх = 0 и % = 0 имеем R Jx2 ~ sK, можно записать:

Для нормальной схемы включения асинхронного двигателя ток и коэффициент мощности для роторной цепи определяются выражениями:

в соответствии с которыми активная составляющая тока выража­ ется следующим образом:

При принятых допущениях магнитные потоки уравнительных машин в схеме электрического вала и в нормальной схеме включе­ ния одинаковы. Тогда в соответствии с (3-10а) момент машины АД1 равен:

тор следует принять Е:?', тогдаE2°' = E2Ks п E'J' = £ ,2к*е;'1Я+0’- Отсюда

E2Ks (1 + е-?(Я+6)) _

2га

E2kS

2 (Щ+xjs * Re [(1—cos б—/ sin0) (R2—/^з5)]

или

*а 2 (Ri -j-a:|s2)

Из (3-11) и (3-13) следует, что величины моментов, развиваемых уравнительными машинами, зависят от угла рассогласования б и скольжения s. На рис. 3-11 приведены зависимости моментов урав­ нительных машин от угла 0. При малых скольжениях в области рабо­ чих значений угла б уравнительные машины развивают малые мо­ менты. С увеличением скольжения моменты уравнительных машии

143

растут. Это определяется тем, что при увеличении скольжения растут значения э. д. с. п токов роторов уравнительных машин, а следовательно, и их моменты.

Для анализа выражений моментов, действующих на рабочие валы / п II, запишем:

Л/д 1 + Л/ад1 = Л/С1;

•Л/Д 2 + il/aД2 = Л/с21

откуда с учетом (3-11) и (3-13)

Л/дх = Л/с х — (Л/„. сх/2) [ 1 —cos 0 + (s/sK) sin 0];

Л/до = Л/с2 —(Л/,,, гх/2). [1 —cos 0 — (s/sK) sin 0].

Отметим, что в прпведепиых выражениях существенной велпчпной является (s/sK) sin0, так как из условий устойчивой работы

н Л/fo покрывается моментами, которые развивают уравнительные машины. Главные машины в силу их идентичности разви­ вают одинаковые моменты. Из уравнений (3-11) и (3-13) вид­ но, что уравнительная машина первого вала развивает двига­ тельный момент, разгружая первый главный двигатель Д1, а уравнительная машина вто­ рого вала развивает генератор­ ный момент, подгружая второй главный двигатель Д2.

Считая, что нагрузки глав­ ных двигателей одинаковы,

1.44

личенном разности статических моментов возрастает угол рассогла­ сования уравнительных машин и

2 М К является пределом, к которому стремится максимальный урав­ нительный момент с возрастанием скольжения. На рпс. 3-12 пока­ зана зависимость МуРшМакс/ М к (s/sK), из которой видно, что Л/Ур. макс иапболее эффективно растет при увеличении s/sK до 2—3.

Обращаясь к вопросу энергетики уравнительных асинхронных машин, вращающихся по полю, обратим внимание на тот факт, что при М С1 > М С2 первая из машин разгружает главный двигатель

Д1, а вторая подгружает двигатель Д2. Следовательно, первая уравнительная машина работает двигателем, вторая — геиератором. Распределение мощностей в системе без учета потерь показано па рнс. 3-13, а. К определению направления энергии проще всего подойти на основании указанных режимов работы уравнительных машин. Так, для двигателя АД1: Р ,11«= = Л/ад1шп — мощность, потребляемая из сети; Р'^ = РЦ (1 —s) —мощность, отдаваемая на

мощностей можно составить, исходя из того, что с колец к ротору АД2 подводится мощность Рга,= P\%s, а с нала Psj" = Pj-j’/(l — s).

Сумма этих мощностей равна мощности, возвращаемой в сеть:

145

Р Д «= P fl =71/ад2(о0. Из сказанного следует, что при работе элект­ рического вала энергия, потребляемая из сети машиной, вал кото­ рой нагружен большим статическим моментом, возвращается в сеть. машиной, нагруженной меньшим статическим моментом. Это положе­ ние справедливо, если не учитывать потерт! в системе уравнитель­ ных машин. Энергетическая диаграмма, отражающая распределен

нительных машпп остается при этом без изменений.

в) Система с уравнительными асинхронными машинами, вращающимися против поля

Повышение скольжения уравнительных асинхронных машин, а следовательио. п их уравнительного момента проще всего осуще­ ствить путем вращения их роторов в сторону, противоположную вращению ноля.

При равенстве статических моментов на валах I п I I катушки обмоток роторов занимают одинаковое положение относительно поля статора, как показано на рис. 3-14, а. При этом э. д. с. на кольцах

обмоткн АД1 отстанет при этом от катушки обмоткп ротора АД2

на угол 0. Следовательно, вектор э. д. с. E I 1 сместится в сторону отставания на угол 0 относительно первоначального положения

(рис. 3-14, б). В роторной цепи возникает разность э. д. с. ДЁг

146

и появится ток In. Уравнительные машины будут при этом вырав­ нивать нагрузки валов.

Активные составляющие токов для отстающей и опережающей машин могут быть найдены из уравнений:

Знак «—» перед выражениями для М лт, М аЛ2 определяется тем,

147

При вращении уравнительных машин против ноля их скольже­ ние s > 1. Мощность Р о1’, поступающая в роторную цепь первой машины, делится на две составляющие Р^{' н Р'^, причем последняя

из них возвращается в сеть, как показано па рис. 3-15, а. Вторая машина, отдавая энергию с ротора, потребляет се с нала п нз сети.

проектируется большинство промышленных систем электрического вала. Следует при этом отметить, что при расчете системы необ­ ходимо учитывать увеличение потерь в стали роторов машин за счет повышения частоты.

Энергетика работы электрического вала с уравнительными асинхронными машинами, вращающимися против ноля, может быть рассмотрена на основании схемы и энергетической диаграммы, при­ веденных на рис. 3-15, а и б. При определении направления потока энергии следует иметь в виду, что уравнительная машина АД1 работает двигателем п разгружает главный двигатель первого вала Д1. Вторая уравнительная машина АД2, наоборот, подгружает второй вал, т. е. двигатель Д2.

г) Система электрического вала с основными рабочими машинами

Система электрического вала может быть создапа только из основных рабочих машип, приводящих в движение два или несколь­ ко механических валов. В этом случае главные приводные двига­ тели выполняют одновременно функции как рабочих, так и уравни­ тельных машин. Схема электрического вала с основными рабочими машинами приведена на рис. 3-16, а, а ее схема замещения — на рис. 3-16, б.

148

В рассматриваемой схеме люки роторных цепей обеих машин проходят через общий реостат. Расположение катушек обмоток ротора при равных и различных статических моментах на валах аспихрошшх двигателей Д1 и Д2.

аналогичны приведенным соответ­ ственно на рис. 3-9, о и 3-10, я.

Е.?' = — Rzx\li +(2г + ^гп) А"’- 1

Почленно складывая и вычитая уравнения (3-22), находим:

2 2 г г+ 2‘Нт -

149