42 Вопрос

7.2. Электропривод с механическим дифференциалом

Одним из видов взаимосвязанных ЭП являются двухдвигатель- _ные приводы с механическим дифференциалом, которые [11] нахо­дят применение в металлургическом производстве, крановых меха­низмах, установках бурения нефтяных скважин, горных и строитель­ных машинах. Их распространение объясняется следующими цен­ными свойствами: возможностью ограничения нагрузок привода при стопорении движения исполнительного органа рабочей маши­ны; возможностью получения большого диапазона регулирования скорости привода при относительно небольшом диапазоне регули­рования скорости одного из двигателей; наличием автоматическо­го распределения нагрузки между двигателями, а следовательно, отсутствием перегрузки одного двигателя при выходе другого из строя, малым падением скорости при приложении нагрузки.

В распространенной схеме ЭП с механическим дифференциалом (рис. 7.3, а) двигатели 1 и 6 приводят во вращение со скоростями (Dj и со₂ шестерни 2 и 5, по которым обкатываются шестерни 4, называ­емые сателлитами. Вращение сателлитов 4 приводит к вращению жестко связанной с ними выходной шестерни 3, от которой движе­ние через дополнительную шестерню 8 передается исполнительно­му органу 7 рабочей машины.

Движение исполнительного органа в общем случае может осу­ществляться либо от одного двигателя, либо от двух. При работе одного из двигателей при неподвижном (заторможенном) другом приведенная схема будет соответствовать схеме обычного однодви- гательного ЭП, в котором скорость выходной шестерни 3 будет оп­ределяться скоростью работающего (вращающегося) двигателя

В случае работы двух двигателей (основной режим) выходная скорость ЭП определяется значениями и направлением скоростей to, и 0)₂.

При одинаковых диаметрах шестерен 2,5 и 4 скорость вращения сателлитов 4 относительно вертикальной оси определяется выра-г жением

g)_ct=((0₁-(0₂)/2, а угловая скорость шестерни 3 при этом

со₃= {(й_х-(й₂)/2 .

Если пренебречь потерями момента на преодоление сил трения в дифференциале, то момент на шестерне 3 определится суммой моментов двигателей 1 и 6, равных по значению в установившемся режиме:

М=М+М= 2 М.

5 1 О

Жесткость механической характеристики ЭП с дифференциалом определяется следующим выражением:

P = 4P,P₆/(P,+ P₆)

где Р_р Р₆ - жесткости характеристик двигателей 1 и 6.

Для примера на рис. 7.3, б показаны характеристики ЭП 1 и 3 при прямолинейных характеристиках двигателей.

В случае идентичности механических характеристик 2 обоих двигателей и одинаковом направлении их вращения характеристи­ка ЭП 1 имеет вдвое более высокую жесткость по сравнению с ха­рактеристиками двигателей, что следует также из формулы (7.10). При вращении одного из двигателей в противоположном направ­лении (характеристика 4) ЭП будет иметь характеристику 3, являю­щуюся характеристикой динамического торможения. Используя другие искусственные характеристики двигателей, можно форми­ровать различные искусственные характеристики ЭП с дифферен­циалом.

43 Вопрос7.3. Электропривод с электрическим валом

В ряде случаев при необходимости использования взаимо­связанного ЭП непосредственное механическое соединение отдель­ных двигателей оказывается затруднительным, так как это потре­бует увеличения длины и диаметра соединительных валов, числа опорных подшипников и др. Иногда механическое соединение ва­лов двигателей вообще оказывается невозможным из-за их значи­тельного удаления друг от друга.

В этих случаях вместо громоздкой механической передачи исполь­зуется так называемая система электрического вала, в которой согла­сованное движение двигателей обеспечивается соответствующей элек­трической схемой их соединения. Помимо упрощения кинематичес­кой схемы рабочей машины применение электрического вала позво­ляет облегчить автоматизацию технологических процессов, повысить точность работы, устранить возможное явление механического резо­нанса.

Электрический вал находит применение для привода разводных мостов, затворов шлюзовых камер, мощных мостовых кранов, транспортеров и др.

Современные системы электрического вала делятся на две ос­новные группы: с вспомогательными уравнительными машинами и с основными рабочими машинами. Вспомогательные синхрон­ные или асинхронные машины служат для выравнивания нагруз­ки на валах основных двигателей. В другой группе уравнитель­ные машины отсутствуют и их функции выполняют основные ма­шины.

Схема электрического вала с синхронными уравнительными ма­шинами приведена на рис. 7.4, а. На валах 1 и 6 главных асинхрон­ных двигателей 2 и 5 установлены идентичные уравнительные син­хронные машины 3 и 4, статорные обмотки которых включены та­ким образом, чтобы наводимые в них ЭДС Ё^и были на­правлены навстречу друг другу. К валам 1 и 6 двигателей приложе­на соответственно механическая нагрузка М_с{ и М_сТ

При одинаковых скоростях и нагрузках первой (2 и 5) и второй (4 и 5) пар двигателей векторы ЭДС синхронных машин 3 и 4 будут равны по значению и направлены навстречу друг другу (см. рис. 7.4, б). При этом ток в цепи статоров этих машин равен нулю и машины не развивают никаких моментов.

Если в процессе работы нагрузка на одном из валов, например на втором, возрастет, то вектор ЭДС машины 4 Ё\^х) повернется в сторону отставания на некоторый угол 9 (см. рис. 7.4, в). В резуль­тате этого в цепи статорных обмоток начнет действовать разностная ЭДС АЕ, под действием которой по обмоткам статоров машин 3 и 4 потечет ток (его часто называют уравнительным), и они начнут развивать момент.

Так как проекция вектора тока /, на вектор ЭДС Јj⁽¹⁾ поло­жительна, а на вектор Ё\²⁾ отрицательна, то машина 3 начнет работать генератором, создавая на валу 1 тормозной момент, а машина 4 - двигателем. В соответствии с этим суммарный дви­жущий момент на валу 6 возрастет и его скорость увеличится, а на валу 1 движущий момент уменьшится и его скорость снизит­ся, т.е. валы 1 и 6 вновь начнут вращаться с одинаковой скорос­тью (синхронно).

Синхронизирующий момент машин определяется в соответствии с формулой (6.1) следующим выражением:

М_син = ±еЩ²⁾ sme/(2©₀*i), (7.11)

где 0 - угол сдвига фаз между ЭДС £,⁽¹⁾ и Е_х^{2); х_х - синхронное ин­дуктивное сопротивление машины.

Рассмотренная система электрического вала имеет существенный недостаток - отсутствие синхронизирующего момента при нулевой скорости машин, так как их ЭДС в этом случае равны нулю. По этой причине чаще в качестве уравнительных машин используются асинхронные машины.