39 Електричний вал з допоміжними асинхронними двигунами.

Схема такого электрического вала показана на рис. 4.2 (без коммутационной аппаратуры).

Р исунок 4.2

АД1, ВАМ1 и соответственно АД2, ВАМ2 включены своими статорами в сеть переменного тока таким образом, чтобы обеспечить вращением магнитных полей главных и вспомогательных асинхронных машин (ВАМ) в противоположных направлениях. Смысл такого включения будет пояснен далее.

Если параметры и характеристики машин на валах 1 и 2 идентичны, то при равных нагрузках на этих валах будет иметь место их синхронное вращение. Электродвижущие силы роторов ВАМ1 и ВАМ2 - Е₂₁ и Е₂₂ будут равны и встречно направлены (см. рис. 4.3,а). При этом вектор ΔЕ₂=Е₂₁-Е₂₂=0, и потому не будет тока в роторных цепях ВАМ1 и ВАМ2, то есть . Не будет угла рассогласования ( ) между пространственным положением секций обмоток роторов вспомогательных машин.

Если теперь к валу машины 1 приложить нагрузку, то Э.Д.С. É₂₁ отстанет от оси É₂₂ (от оси своего прежнего состояния) на угол Θ, как это показано на рис. 4.3,б. Появится разность вторичных ЭДС , которая определит появ-ление тока в роторных цепях ВАМ (так называемого уравнительного тока).

Р исунок 4.3

Из-за индуктивности роторных цепей ВАМ ток Í₂ отстает ΔÉ₂ от на некоторый угол. Величина Í₂ определяется соотношением

,

где Z₂ - сопротивление фазы одного ротора ВАМ.

Ток отстает от и опережает Э.Д.С. (см. рис. 4.3,б). На этой векторной диаграмме:

ВАМ создают на своих валах вращающие моменты:

(двигательный режим)

(генераторный, тормозной режим).

Знак «минус» в этих выражениях ставиться потому, что ВАМ работают «против поля»основных асинхронных двигателей (АД1 И АД2).

Таким образом момент М₁ машины ВАМ1 будет больше нуля, эта машина будет работать в двигательном режиме, помогая главному двигателю АД1 преодолевать увеличивающуюся нагрузку, приложенную к валу 1.

Момент М₂ машины ВАМ2 будет меньше нуля, эта машина будет работать в тормозном режиме (торможение противовключением), тормозя двигатель АД2, и таким образом помогая синхронизировать валы 1 и 2.

Моменты М₁ и М₂ вспомогательных машин могут быть определены по следующим соотношениям:

    (4.1)

    (4.2)

В этих выражениях знак «минус» перед дробью ставиться, как и ранее, потому, что ВАМ работают против поля основных машин. В выражениях (4.1) и (4.2) M_K и S_K - критический момент и критическое скольжение ВАМ.

Моменты   и   в функции угла Θ могут быть представлены следующими кривыми (см. рис. 4.4) построенными по (4.1) и (4.2) для различных значений   (от 0,2 до 2,0).

Из рис. 4.4 видно, что при малых углах Θ синхронизирующий момент очень мал, и действие ССВ будет не эффективно (см. например величину ΔM при  =0,2).

Рисунок 4.4

Для увеличения синхронизирующего момента ВАМ включаются для работы против поля основных машин (см. принципиальную схему на рис. 4.2). При этом (если число полюсов АД и ВАМ равны, что обычно так и подбирается) S=2, что обеспечивает наибольшее значение синхронизирующих моментов М₁ и М₂.

Из любых соотношений (4.1) и (4.2) можно для S≈2 получить более простые выражения, если допустить, что   (действительно, если S_K≈0,1 для асинхронного двигателя общего назначения, то  ).

В этом случае выражения М₁ и М₂ упрощаются:

;

Результирующий синхронизирующий момент будет равен:

.

После упрощающих преобразований

.    (4.3)

Максимум ΔМ будет при Θ=90° (S=2), что хорошо видно на рис. 4.4.

При Θ>90° ССВ с ВАМ перестает поддерживать синхронное движение, выпадая из синхронизма, так как при дальнейшем увеличении Θ (более 90°) с ростом нагрузки синхронизирующий момент уже не будет расти, а станет уменьшаться (см. рис. 4.4).

Надежная работа ССВ обеспечивается тогда, когда Θ<20-30°.

Мощность ВАМ в ССВ составляет 50% мощности основных АД. Это существенный недостаток таких ССВ, так как увеличиваются капиталовложе-ния на основное оборудование и строительно-монтажные работы.

Пуск ССВ с ВАМ. Если перед пуском роторы ВАМ согласованы (Θ=0), то пуск происходит без толчков и чрезмерных динамических нагрузок (ударов). Однако, самоустановка роторов ВАМ при отключении их в положении, при котором угол Θ будет равен нулю, маловероятна, так как трение в подшипниках двух ВАМ, как правило, отличаются, хотя бы и незначительно. Может быть и незначительная разница в моментах инерции, что также вызовет расхождения в величинах тормозного пути. Так что роторы ВАМ обычно после отключения ССВ занимают произвольные положения, что может явиться причиной толчков и колебаний роторов ВАМ при пуске.

Для избежания толчков и ударов при пуске ССВ производится предварительная синхронизация валов включением статоров ВАМ по схеме 4.5. В начале включаются две фазы (выключатель А), после чего и начинается пуск ССВ. По аналогичной схеме включаются и статоры основных асинхронных машин (АД).

Р исунок 4.5

При включении двух фаз статоров создается неподвижное в пространстве магнитное поле (в каждой из машин), которое, взаимодействую с ротором, создает небольшой момент, «натягивающий» механизм и выбирая люфты. После включения третьей фазы начинается пуск без ударов в люфтах.

Основной недостаток ССВ с вспомогательными асинхронными машинами - двойное количество установленных на фундаментах машин, значительное (в 1,5 раза) увеличение мощности по сравнению с расчетной мощностью электропривода, большее количество коммутационной аппаратуры для включения машин.