- •1. Основные сведения об электро-
- •1.2. Краткий исторический обзор развития
- •2. Механика электропривода
- •2.1. Уравнение движения
- •2.2. Приведенное механическое звено
- •2.3. Совместная работа электродвигателя и
- •2.3.1. Механические характеристики рабочего
- •2.3.2. Механические характеристики электродвига-
- •2.4. Установившийся режим работы электро-
- •3. Механические и электромеханичес-
- •3.1. Электромеханическое преобразование электрической энергии в механическую
- •3.2. Механические и электромеханические характе
- •3.2.1. Построение механических и электромеха-
- •3.2.2. Механическая и электромеханическая характеристики в относительных единицах
- •3.2.3. Искусственные электромеханические и
- •3.2.3.1. Реостатные характеристики
- •3.2.3.2. Изменение магнитного потока
- •3.2.3.3. Изменение питающего напряжения
- •3.2.4. Режимы работы электродвигателя и
- •3.2.4.1. Двигательный режим работы
- •3.2.4.2. Режимы торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- •3.2.5. Режим пуска дпт нв
- •3.3. Механические и электромеханические харак
- •3.3.1 Искусственные характеристики дпт пв
- •3.3.2. Тормозные режимы электродвигателя постоян-
- •3.3.3 Режим реостатного пуска дпт пв
- •3.4. Электромеханические и механические
- •3.5. Электромеханические и механические
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Электромеханические и механические характеристики асинхронного двигателя
- •3.5.3. Построение механических и электромехани-
- •3.5.4. Искусственные характеристики
- •3.5.4.1 Реостатные характеристики
- •3.5.4.2.Изменение напряжения питания
- •3.5.4.3.Изменение числа пар полюсов
- •3.5.4.4 Изменение частоты питающей сети
- •3.5.5. Механические характеристики асинхрон-
- •3.5.5.1 Рекуперативное торможение
- •3.5.5.2. Торможение противовключением
- •3.5.5.3. Динамическое торможение
- •3.5.6. Реостатный пуск асинхронного двигателя
- •3.6. Механическая и угловая характеристики
- •3.5.1. Электромеханическое преобразование энергии
- •3.5.2. Пуск синхронного двигателя
- •3.5.3. Режимы торможения сд
- •3.5.4. Компенсация реактивной мощности
- •3.7 Механические характеристики
- •3.7.1. Многодвигательные электроприводы с
- •3.7.2. Многодвигательные электроприводы с
- •4. Переходные процессы в электро-
- •4.1. Общие сведения о переходных процессах
- •4.1.1. Время ускорения и замедления привода
- •4.1.2 Графическое и графо – аналитическое ре-
- •4.2. Механические переходные процессы
- •4.2.1. Механические переходные процессы при линей-
- •4.2.2. Механические переходные процессы в ре-
- •4.2.3. Механические переходные процессы в режиме
- •4.2.4. Переходные процессы при реостатном пуске
- •4.2.5. Переходные процессы при линейном изменении
- •4.2.5.1. Пуск на холостом ходу
- •4.2.5.2. Пуск двигателя при реактивном стати-
- •4.2.5.3. Переходные процессы при торможении
- •4.2.6. Механические переходные процессы при не-
- •4.3. Электромагнитные переходные процессы
- •4.3.1. Форсирование эпп в обмотке возбуждения
- •4.4. Электромеханические переходные
- •4.4.1. Электромеханические переходные процессы при
- •4.4.2. Переходные процессы при изменении магнитно-
- •4.4.3. Переходные процессы при экспоненциальном
- •4.5. Тепловые переходные процессы
- •5. Выбор мощности
- •5.1. Режимы работы электроприводов
- •5.1.1. Длительный режим работы (s1)
- •5.1.2. Кратковременный режим работы (s2)
- •5.1.3. Повторно-кратковременный режим
- •5.2. Нагрузочные диаграммы электроприводов
- •5.3. Выбор мощности электродвигателя для
- •5.3.1. Метод средних потерь
- •5.3.2. Методы эквивалентных величин
- •5.4. Выбор мощности электродвигателя
- •5.5. Выбор мощности электродвигателя для
- •3.7. Механические характеристики многодвигатель-
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14.
3.7.2. Многодвигательные электроприводы с
электрическим валом
В ряде случаев между отдельными механизмами одного и того же агрегата, требующими согласованного движения и
расположенными на значительном расстоянии, трудно осуще-
ствить механическую связь из-за необходимости увеличения диаметра и длины соединительных валов, возрастания числа опорных подшипников и т. д. При передаче значительных вращающих моментов и большой длине вала может возникнуть недопустимое скручивание вала. Иногда конструктивно производственный механизм такой, что механическая передача движения его рабочим органам становится практически невозможной.
Взамен громоздкой механической передачи может быть ис-
пользована электрическая передача для согласованного враще-ния отдельных механизмов, которую называют для простоты электрическим валом. Помимо упрощения кинематической схе-мы механизма электрический вал обычно дает возможность
105
увеличить его угловую скорость, так как при этом снимаются ограничения, обусловленные механическим резонансом, и, кро-ме того, упрощается управление механизмом.
Электрический вал находит применение для приводов таких механизмов, как разводные мосты, затворы шлюзов, мостовые краны, крупные токарные станки и т. п.
В системах электрического вала наибольшее распрост-ранение нашли асинхронные машины. Можно выделить две основные схемы: 1) с уравнительными машинами, или уравнительный электрический вал; 2) с основными рабочими машинами и общими резисторами — рабочий электрический вал.
Система электрического вала с уравнительными асинхронными машинами. Принципиальная схема электрического вала с уравнительными асинхронными машинами
приведена на рис.5.11. Каждый элемент привода состоит из основного (рабочего) двигателя М1 (М2) (двигатель может быть любым, в том числе и не электрическим), механически связанного с производственным механизмом ПМ1(ПМ2), а также со вспомогательной уравнительной машиной ВМ1 (ВМ2).
В системах электрического вала наибольшее распространение нашли асинхронные машины. Можно выделить две основные схемы: 1) с уравнительными машинами, или уравнительный электрический вал; 2) с основными рабочими машинами и общими резисторами — рабочий электрический вал..
Рис. 3.57. Принципиальная схема электрического
вала с уравнительными асинхронными машинами.
106
Система электрического вала с уравнительными асинхронными машинами. Принципиальная схема электрического вала с уравнительными асинхронными машинами приведена на рис. 5.11. Каждый элемент привода состоит из основного (рабочего) двигателя М1 (М2) (двигатель может быть любым в том числе и не электрическим), механически связанного с производственным механизмом ПМ1 (ПМ2), а также со вспомогательной уравнительной машиной ВМ1 (ВМ2).
Уравнительные машины — это обычные асинхронные двигатели с фазным ротором с одинаковыми числом фаз, напряжением, обмотками и числом полюсов; статорные обмотки их параллельно присоединяются к сети переменного тока, роторные соединяются между собой. В обеих уравнительных машинах
от сети наводятся одинаковые магнитные поля с равными частотами, временным и пространственным расположением. При наличии одинаковых нагрузок на обеих осях рабочей машины ПМ1 и ПМ2 и при идентичности механических характеристик главных приводных двигателей М1 и М2 роторы последних будут вращаться синхронно. При этом э.д.с. роторов вспомогательных машин ВМ1 и ВМ2 будут равны по величине и находиться в противофазе. В результате никакого тока в цепи роторов вспомогательных машин не будет, а в их статорные обмотки будут поступать из сети лишь намагничивающие токи.
Рис. 3.58. Векторная диаграмма для роторной цепи
вспомогательных асинхронных машин
107
В случае неравенства статических моментов на осях / и 2, например если Мс1 > Мс2, ротор более загруженного приводного двигателя М1 отстанет от ротора двигателя М2 на некоторый угол θ. Соответственно будет иметь место сдвиг роторных э.д.с. вспомогательных машин
Положим, что роторы уравнительных машин вращаются в ту же сторону, что и магнитные поля, создаваемые обмотками статоров.Тогда при отставании ротора вспомогательной машины ВМ1 на угол θ вектор э.д.с. ее ротора, напротив, будет опережать вектор э.д.с. ротора машины ВМ2 на тот же угол θ, так как ротор ВМ1 при этом сместится против направления вращения поля. Вращающееся магнитное поле в машине ВМ1 в этом случае будет пересекать соответствующие проводники ротора ранее, чем в машине ВМ2. Как следствие сдвига роторных э. д. с. в цепи роторов появится некоторая результирующая э. д. с., которая в свою очередь обусловит появление уравнительного тока. Этот ток будет отставать от вызвавшей его э.д.с. на угол, близкий к 90° (рис. 3.58). Величина тока будет определяться параметрами машин и величиной результирующей э.д.с., т. е. углом рассогласования. Пропорциоально этому току появляется синхронизирующий момент.
Синхронизирующий момент поддерживает согласованное вращение, действуя на обе уравнительные машины, одинаково, но с противоположными знаками, поэтому разность этих моментов определяет уравнивающее действие системы. Таким образом, уравнительный или синхронизирующий момент системы равен:
М∑син = .
Наибольшее значение синхронизирующего момента системы имеет место при 0 = 90° и равно:
М∑син max= . (3.89)
108
Из (3.89) следует, что максимум синхронизирующего момента зависит от скольжения уравнительных мащин, стремясь к предельному значению, равному 2МК.
Очевидно, что при малых скольжениях, когда малы абсолютные значения ЭДС роторов, малы и уравнительные моменты. Поэтому практически с целью увеличения уравнитель-ного момента машин необходимо вращать машины против направления вращения поля статора; в этом случае скольжение будет выше 1.
Схема с основными рабочими машинами и общими резисторами — рабочий электрический вал. Вместо двух уравнительных машин возникла идея создания такой системы, в которой одна и та же машина выполняла бы задачу приводного двигателя и синхронизирующего устройства. Такой является система электрического вала, состоящая из двух (или нескольких) одинаковых асинхронных машин с фазными роторами, статорные цепи которых подключены параллельно к
Рис. 3.59. Схема рабочего электрического вала
питающей сети, а роторные обмотки соединены встречно и параллельно этим соединениям включены во все три фазы регулируемые резисторы (рис.3.59). Иногда эту систему называют рабочим электрическим валом потому, что в ней одна и та же машина выполняет рабочую и синхронизирую
109
щую функции.
Влияние регулируемых добавочных резисторов весьма существенно; при Rдоб == 0 электрический вал превращается в обычные, независимо работающие асинхронные двигатели с
короткозамкнутым ротором. Если Rдоб = ∞, электрические машины работают в режиме сельсинной передачи угла.
Синхронихирующий момент для рабочего вала будет ра- вен
Мсин1,2 = ± Мк , (3.90)
где = sk (R2 + 2Rдоб) / R2.
Анализ выражений (5.25) и (5.26) показывает, что при θ = 0 обе машины развивают одинаковые моменты, равные:
М1(2) (θ=0) = ,
т. е. каждый из двигателей работает в асинхронном режиме с добавочным сопротивлением в роторной цепи, равным 2Rлоб. При этом синхронизирующий момент равен 0.
Если нагрузки на валах машин окажутся разными, то уравнительный момент будет разгружать машину с большей нагрузкой и подгружать менее нагруженную машину. При этом нагрузки на обеих машинах окажутся равными, а угловые скорости одинаковыми, но появится угол рассогласования в положении роторов двигателей.
Рабочий электрический вал может применяться лишь при небольшой разнице статических моментов, приложенных к разным валам. Кроме того, из-за наличия постоянно включенных резисторов КПД этого вала оказывается низким и ухудшается использование машин.