книги из ГПНТБ / Кудактин, А. В. Электрооборудование подъемно-транспортных машин учебник для учащихся механизаторской специальности мореходных училищ

теристика электродвигателя, включенного на подъем, обозначена цифрой 1, а характеристика электродвигателя, включенного на спуск,— цифрой 2. Результирующая характеристика 3 проходит через точки, ординаты которых равны алгебраической сумме ор­ динат обеих характеристик. Очевидно, что для рассматриваемого случая прямолинейных характеристик результирующая представ­

цепей, то можно получить семейство характеристик, которые поз­ воляют, в частности, опускать тяжелые грузы с малой скоростью.

Пуск электродвигателя и регулирование скорости при двух­ двигательном приводе производятся обычно так же, как и при однодвигательном. При этом асинхронные электродвигатели и электродвигатели постоянного тока снабжаются двойным комп­ лектом пускорегулирующих сопротивлений и так называемыми дуплексными контроллерами, которые дают возможность без су­ щественных изменений в схеме при соответствующем снижении общей нагрузки перейти на работу с одним электродвигателем в случае необходимости осмотра или ремонта другого.

§ 30. Схемы согласованного вращения

электродвигателей

При многодвигательном электроприводе иногда тре­ буется, чтобы несколько электродвигателей, удаленных друг от друга на значительное расстояние, вращались с одинаковой ско­ ростью. Такие случаи имеют место в электроприводах экскалаторов, прокатных станов, механизмов передвижения перегрузочных

90

мостов, некоторых типов грейферных лебедок и др. Вращение электродвигателей, имеющих различную нагрузку, с одинаковой скоростью называется с о г л а с о в а н н ы м . Согласованное вра­ щение может быть осуществлено путем механического соедине­ ния их валов. Однако при значительном удалении машин друг от друга, а также при неудобном их расположении механическое соединение зачастую оказывается затруднительным, так как при этом необходимо применять валы слишком большой длины и диаметра, большое количество подшипников и других механиче­ ских приспособлений, что увеличивает массу, габариты, стои­ мость привода и-затрудняет его эксплуатацию.

Для обеспечения согласованного вращения электродвигателей при неодинаковых нагрузках разработан ряд электрических схем, позволяющих получить синхронное вращение электродвигателей без использования механических приспособлений. Такие схемы называются системами синхронного вращения. В них использу­ ются асинхронные машины, обеспечивающие наиболее надежную работу привода. Различают системы синхронного вращения со вспомогательными синхронизирующими машинами и без вспо­ могательных машин. В состав любой системы синхронного вра­ щения входят главные электродвигатели, обеспечивающие привод механизмов. В системах первой группы с валами главных элек­ тродвигателей соединяются вспомогательные асинхронные или синхронные машины, с помощью которых и осуществляется со­ гласованное вращение главных электродвигателей.

В системах без вспомогательных машин согласованное вра­ щение осуществляется непосредственно за счет главных электро­ двигателей, соединенных определенным образом между собой.

Нужно иметь в виду, что в системах со вспомогательными машинами возможно применение главных электродвигателей лю­ бого типа. Однако системы синхронного вращения с главными электродвигателями постоянного тока применяются сравнительно­ редко и здесь не рассматриваются. То же самое относится и к системам синхронного вращения со вспомогательными синхрон­ ными машинами, которые не обеспечивают согласованного вра­ щения главных электродвигателей в период пуска и торможения и поэтому применяются очень редко.

Для примера рассмотрим систему синхронного вращения, состоящую из двух главных электродвигателей Д1 и Д2 и двух вспомогательных асинхронных машин А1 и А2 (рис. 56, а). Ма­ шина А1 насажена на вал главного электродвигателя Д1, а машина А2 — на вал электродвигателя Д2. Главные электродви­ гатели могут быть удалены друг от друга на значительное рас­ стояние, однако при любых нагрузках они должны вращаться с

двигатели. Роль же вспомогательных машин выполняют неболь­ шие асинхронные электродвигатели с контактными кольцами; роторы вспомогательных машин, как показано на схеме, соеди-

91;

Рис. 56. Системы синхронного вращения со вспомогательны­ ми машинами, вращающимися;

а — «по полю»; б — «против поля»

йены встречно. Статорные обмотки всех четырех машин питаются от общей сети трехфазного тока.

Если главные электродвигатели Д1 и Д2 однотипны и имеют одинаковую нагрузку, то вращаются они с одинаковой скоростью. Вспомогательные машины А1 и А 2 тоже имеют при этом одина­ ковую скорость и никаких вращающих моментов не создают. Это объясняется тем, что обмотки роторов вспомогательных машин включены навстречу друг другу. Вследствие этого э. д. с., наво­ димые в каждой фазе ротора одной вспомогательной машины, уравновешиваются э. д. с., наводимыми в фазах ротора другой машины. Поэтому в обмотках роторов вспомогательных машин токи отсутствуют и никаких вращающих моментов машины не создают, т. е. главные электродвигатели, имея одинаковые меха­ нические характеристики, будут вращаться синхронно и без уча­ стия вспомогательных машин.

92

При увеличении нагрузки, например на электродвигатель Д /, скорость последнего начнет снижаться, и между роторами вспо­ могательных машин А1 и Л2 возникнет угол рассогласования. В результате э. д. с. роторных обмоток уравновешиваться не будут, и в них появятся уравнительные токи, что приведет к соз­ данию дополнительных вращающих моментов, приложенных к

валам / и //.

Нетрудно доказать, что в рассматриваемом случае вспомога­ тельная машина А1 будет потреблять электроэнергию из сети, а машина А2, наоборот, отдавать определенную часть электроэнер­ гии в сеть. Это значит, что синхронизирующая машина А1 созда­ ет вращающий момент, совпадающий с направлением вращения вала /, а машина А2 создает момент, направленный навстречу вращению вала II. В результате нагрузки между главными элек­ тродвигателями Ц1 и Д2 уравновесятся и частота вращения их практически не изменится.

В рассмотренной схеме роторы синхронизирующих машин А1 и А2 вращаются в ту же сторону, что и магнитные поля их статоров, т. е. «по полю». Скольжения в этих случаях сравни­ тельно невелики, поэтому нет оснований ожидать, что вспомога­ тельные машины будут создавать большие синхронизирующие моменты. Действительно, величина э. д. с. роторной обмотки асин­ хронной машины зависит от скольжения. Чем меньше скольже­ ние, тем меньше величина э. д. с., наводимой в обмотке ротора, и тем меньше уравнительные токи, протекающие между роторны­ ми обмотками вспомогательных машин при нарушении равнове­ сия. По этой причине синхронизирующие моменты, создаваемые вспомогательными машинами А1 и А 2, сравнительно невелики и при большой разности нагрузок между двигателями Д1 и Д2

на практике рассмотренной схемы. Значительно чаще применя­ ется система синхронного вращения асинхронных электродви­ гателей со вспомогательными машинами, вращающимися «про­ тив поля» (рис. 56,6), получившая название «электрического вала». Эта схема работает практически так же, как и предыду­ щая. Разница состоит только в том, что здесь роторы вспомога­ тельных машин А1 и А2 под действием главных электродвига­ телей Д1 и Д2 вращаются в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля статора. Поэтому при рассогласовании системы, когда нагрузки на двигатели Д1 и Д2 будут неодинаковы, вращающие моменты, создаваемые синхро­ низирующими машинами, будут значительно выше, чем в первом случае, а это обусловливает большую надежность схемы и согла­ сованность вращения главных электродвигателей Д1 и Д2 прак­ тически при любых нагрузках.

Схема «электрического вала» обеспечивает синхронное вра­ щение главных электродвигателей не только при значительной

93

ные электродвигатели Д1 и Д2 необходимо включать по схеме, показанной на рис. 57. Как и в предыдущих схемах, статорные обмотки электродвигателей пи­ таются от общей сети трехфазного тока, а роторы включены на­ встречу друг другу и присоединены к реостату (для увеличения скольжения при различных нагрузках электродвигателей).

Если электродвигатели Д1 и Д2 нагружены одинаково и вращаются строго синхронно, э. д. с., наводимые в роторных обмотках, равны по величине и направлены навстречу друг другу.

Если из-за неравенства нагрузки один из роторов отстанет от другого, в проводах, соединяющих роторы, появится уравнитель­ ный ток, который создаст для более нагруженной машины допол­ нительный двигательный, а для менее нагруженной машины до­ полнительный тормозной момент. Последнее приведет к тому, что нагрузки на электродвигатели станут равными и они будут вра­ щаться синхронно.

Система синхронного вращения без вспомогательных машин отличается простотой, обеспечивает синхронное вращение главных электродвигателей в установившемся двигательном режиме и тор­ мозном режиме противовключения. Однако величина синхрони­ зирующего момента, как указывалось, зависит от величины э. д. с. ротора, а последняя, в свою очередь, от скольжения, при котором работает машина. Поэтому при малых величинах сколь­ жения синхронизирующий момент, создаваемый электродвигате­ лями, будет мал, и электродвигатели, будучи выведены из состоя­ ния синхронной работы, вернуться в нее не смогут, так как даже при сравнительно небольшой разнице в моментах статического сопротивления (10—15%) скольжение должно быть не менее 20—25%. Поэтому чтобы электродвигатели вращались синхрон­ но, необходимо искусственно увеличивать их скольжение введе­

94

нием дополнительных сопротивлений в роторные цепи, что приво­ дит к увеличению потерь мощности.

Рассматриваемая система имеет и недостатки. При отключе­ нии электродвигателей от сети их синхронное вращение наруша­ ется. Это приводит к тому, что при последующем пуске могут возникнуть недопустимо большие пусковые токи и моменты изза возможного значительного угла рассогласования роторов. Для предотвращения этого схему приходится усложнять и она прак­ тически теряет все свои преимущества. Поэтому эта схема при­ меняется сравнительно редко, хотя стоимость установки меньше предыдущей.

§31. Электромашинный усилитель

споперечным полем в системе Г— Д

Всхемах управления современными электроприво­

дами все большее применение получают электромашинные уси­ лители с поперечным и продольным полем. Особенно часто в со­ временных электроприводах подъемно-транспортных машин ис­ пользуются электромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным полем (амплидины), представляющие собой специальные генера­ торы постоянного тока с несколькими обмотками возбуждения и двумя комплектами щеток.

Схема ЭМУ с поперечным полем приведена на рис. 58. В па­ зах якоря, набранного из отдельных, изолированных друг от дру­ га листов высококачественной электротехнической стали, распо­ лагается обычная петлевая или волновая обмотка, которая своими выводами подключается к пластинам коллектора. По по­ верхности коллектора при работе ЭМУ скользят поперечные Щ1 и продольные Щ2 щетки. Первые соединены между собой нако­ ротко, а вторые присоединяются к нагрузке, роль которой может выполнять электродвигатель, обмотка возбуждения генератора или электродвигателя, а в некоторых случаях и обмотка возбуж­ дения возбудителя. Полюса амплидина набираются также из от­ дельных листов электротехнической стали. На полюсах размеща­

95

якорь. В обмотке якоря, вращающегося в поле этого потока, возникнет, как и в обычном генераторе, э. д. с. Е2, которую мож­ но снять с поперечных щеток Щ1. Однако в усилителе эти щет­ ки замкнуты накоротко. Поэтому по якорю протекает большой ток, создающий сильный поток реакции якоря Ф2. Под влиянием этого потока возникает э. д. с. £ 3, которую снимают с продольных щеток Щ2. Если подключить внешнюю нагрузку R непосредст­

ля. Ток / 3 , протекая по обмотке якоря, вызывает поток продоль­ ной реакции якоря Ф3, направленный навстречу потоку Фь Что­ бы избежать размагничивания машины, на полюсах размещают компенсационную обмотку КО, поток которой направлен навст­ речу потоку Ф13 и нейтрализует его влияние.

Ценность усилителя с поперечным полем состоит в том, что он значительно усиливает мощность, поступающую на обмот­

как у обычных генераторов он составляет 20—30. Нетрудно по­ нять, что это создает весьма благоприятные возможности в схе­ мах управления электроприводами. Действительно, применив ЭМУ с поперечным полем в системе Г—Д в качестве возбудите­ ля генератора, можно, регулируя незначительный ток Д в обмот­ ке управления ОУ, изменять во много раз больший ток /3, кото­ рый будет протекать через обмотку возбуждения мощного гене­ ратора. Это в конечном счете будет приводить к изменению скорости мощного исполнительного электродвигателя.

Данный способ регулирования скорости электродвигателя в системе Г—Д удобен тем, что процесс изменения скорости проте­ кает здесь значительно быстрее, чем в системе Г—Д без электромашинного усилителя, так как обмотки последнего обладают меньшей индуктивностью по сравнению с обычным возбудителем генератора, и, следовательно, электромагнитная инерционность системы с ЭМУ значительно меньше. В системе Г—Д с ЭМУ не­ трудно осуществить также дистанционное управление, так как управляющие сигналы, подаваемые на вход ЭМУ, весьма малы, и источник постоянного тока с малогабаритным регулировочным реостатом можно вывести в любое место. При этом потери энер­ гии на регулирование весьма незначительны.

Большим преимуществом ЭМУ является возможность широ­ кого использования автоматики в процессах управления и защи­ ты электропривода. Наличие нескольких, не связанных друг с другом управляющих обмоток позволяет включать их в различ­ ные цепи управления и тем самым широко вводить автоматику

96

в схему управления электро­ приводами.

тает вхолостую в том слу­ чае, если движок регулировочного реостата РР находится в сред­

нем положении. Действительно, если приводной двигатель ПД приведен во вращение, но токи в обмотках ОУ1 и ОУ2 одина­ ковы, то ЭМУ возбужден не будет, соответственно не будет возбуждаться генератор Г, и исполнительный двигатель ИД рабо­ тать не будет. Однако достаточно сдвинуть движок реостата с ней­ трального положения, как ток в одной из обмоток управления усилится, а во второй уменьшится. Это приведет к появлению тока в обмотке возбуждения генератора, и исполнительный дви­ гатель придет во вращение. Усиливая или уменьшая ток в той или другой обмотке управления с помощью реостата РР, мож­ но производить таким образом пуск исполнительного электродви­ гателя, регулирование его скорости, реверс и остановку.

Обмотка ОЯ, называемая обратной связью по напряжению, подключена через добавочное сопротивление Rn к щеткам гене­ ратора Г. Она служит для ускорения процессов разгона и тор­ можения исполнительного двигателя ИД. Магнитный поток, соз­ даваемый обмоткой ОЯ, всегда направлен навстречу потоку ра­ ботающей обмотки управления ОУ1 или ОУ2. Следовательно, в установившемся режиме работы исполнительного электродвига­ теля на усилитель действует разность большего потока управля­ ющей обмотки и меньшего потока обмотки напряжения. При разгоне электродвигателя величина потока управляющей обмот­ ки такая же, как и в установившемся режиме, а поток обмотки напряжения возрастает постепенно по мере увеличения напряже­ ния на щетках генератора, которое не может подняться мгновен­ но до номинального значения вследствие электромагнитной инер­ ции, обусловленной большой индуктивностью обмоток возбужде­

ра, что приводит к ускоренному пуску исполнительного двигателя.

Часть вторая

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРИВОДАМИ

Глава VII

АППАРАТУРА РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

§ 32. Системы управления

электроприводами

Управление электроприводами заключается в осу­ ществлении процессов пуска, регулировании скорости, торможе­ ния, остановки, реверса и изменении режима работы электро­ приводов. Управлять электроприводом — это значит производить указанные операции, определенным образом воздействуя на си­ ловую цепь электродвигателя, цепь его управления или на меха­ ническую часть привода.

Процессы управления электроприводами могут осуществлять­ ся самыми различными способами, самой разнообразной аппа­ ратурой. На первых порах применения электроприводов их уп­ равление осуществлялось в основном механическими способами. В частности, для регулирования скорости электроприводов ши­ роко применялись ступенчатые и конические шкивы, зубчатые переборы, громоздкие коробки скоростей, торможение обеспечи­ валось неудобными ручными тормозными устройствами или во­ все не применялось. Однако дальнейшее усовершенствование электродвигателей, появление новых видов совершенной элек­ трической аппаратуры позволило качественно изменить процессы управления, сделать их более простыми, надежными и эффектив­ ными. Механические способы управления постепенно уступили ме­ сто электрическим, при которых весь процесс управления осу­ ществляется через специальную аппаратуру, воздействующую на электрические цепи электродвигателей.

В схемах управления электроприводами могут применяться в различных сочетаниях электрические аппараты ручного и авто­ матического действия. В соответствии с этим различают ручное, полуавтоматическое и автоматическое управление электроприво­

вляются непосредственно оператором, воздействующим на элек­