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 М_с1 > М_с2, 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 2М_К.

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 R_доб == 0 электрический вал превраща­ется в обычные, независимо работающие асинхронные двигатели с

короткозамкнутым ротором. Если R_доб = ∞, электрические машины работают в режиме сельсинной передачи угла.

Синхронихирующий момент для рабочего вала будет ра- вен

М_син1,2 = ± М_{к ,} (3.90)

где = s_k (R₂ + 2R_доб) / R₂.

Анализ выражений (5.25) и (5.26) показывает, что при θ = 0 обе машины развивают одинаковые моменты, рав­ные:

М_{1(2) (θ=0)} = ,

т. е. каждый из двигателей работает в асинхронном режиме с добавочным сопротивлением в роторной цепи, равным 2R_лоб. 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.