книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

Отсюда

Векторпая диаграмма для этого случая показана на рпс. 3-17. В полученных выражениях для токов роторных цепей асин­ хронных машин первые слагаемые соответствуют уравнительному моменту, как и в системе электрического вала со вспомогательными маштшамп, а вторые слагаемые соответствуют основному моменту двигателей. Из векторной диаграммы рис. 3-17 следует, что проекции

векторов токов / ; ^С11 и / ^ сп соответственно на векторы 7?:,11 11 Ё:/’

положительны, а проекции вектора тока / 2ур на те же векторы э. д. с. имеют противоположный знак, т. е. обе асинхронные машины раз­ вивают двигательный основной момент одинакового знака п одно­ временно уравнительные моменты противоположного знака. Сопо­ ставление (3-8) и (3-23) позволяет заключить, что уравнительные составляющие момептов машпп будут определяться по (3-11) для первой (отстающей) машпны п по (3-13) для второй машины-. Опреде­ л ен а же основного момента двигателя может быть выполнено спо­ собом, попользовавшимся при выводе (3-11), а именно

Из полученных выражений следует, что прн синфазном враще­ нии обеих мангли, т. е. прп 0 = 0 ,

В этом случае обе машпны работают на реостатных характери­ стиках прп удвоенном добавочном сопротивлении роторной цепи. Последнее объясняется тем обстоятельством, что падеппе напря-

150

жепня па й.,п обусловлено суммой токов обеих машин. В рассматри­

ваемом случае, когда 0 = 0 п соответственно/о1'= Л21, AUR = 2BSIJ 2,

что эквивалентно включению удвоенного сопротивления в цепь одной машины.

Сопротивление 7?г11 непосредственно по влияет па уравнитель­ ный ток, создающий уравнительный момент, поскольку этот ток замыкается но роторным цепям двигателей и не протекает по указан­ ному сопротивлению. Однако величина последнего косвенно влияет на уравнительный ток, так как определяет скольжение двигателя. Основной ток каждого двигателя, создающий основной момент, замыкается через В 2Пн не проходит в роторную цепь другого двига­ теля.

Г1рп варьировании величиной дополнительного сопротивления В2П в роторной цепи можно получить различные рабочие режимы. В частности, при В 2П = оо п s к.п = °о асинхронные двигатели со­ здают только уравнительные моменты. При В2П — 0 роторы машин замкнуты накоротко п sK.n = sK,e. В этих условиях обо машины рабо­ тают независимо друг от друга п создают моменты, соответствую­ щие естественной характеристике.

Основным достоинством системы электрического вала с основ­ ными рабочими машинами является отсутствие дополнительных машин. Однако для увеличения уравнительных моментов путем повышения скольжения в роторную цепь такой системы необходимо включат], дополнительные сопротивления, что приводит к повыше­ нию потерь. Система электрического вала с основными рабочими машинами применяется редко, главным образом при небольшой раз­ нице статических моментов, приложенных к разным валам.

3-3. ФАЗИРОВАНИЕ ПЕРЕД ПУСКОМ МАШИН, РАБОТАЮЩИХ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВАЛА

Процессы пуска машин, работающих в системе электрического вала с уравнительными двигателями или в системе рабочего элект­ рического вала, аналогичны по своему физическому характеру. Этот процесс удобно рассматривать, разделив его на два этапа: предварительное фазирование, при котором машины занимают син­ фазное положение, н собственно процесс разбега до установившейся рабочей скорости. Синфазное положение характеризуется тем, что угол рассогласования роторов машин равен нулю.

Перед пуском системы роторы машин электрического вала могут занимать произвольное положение в пространстве. Это утверж­ дение в одинаковой степени справедливо как для систем с уравни­ тельными, так и только с рабочими машинами. При таком состоянии роторов машин включение их для совместной работы может привести, к несинхронному режиму, особенно когда статические моменты на их валах неодинаковы. Рассмотрев приведенные выше выражения для токов роторных цепей, можно утверждать, что этп токи значительно возрастают по сравнению с номинальными ирп углах рассогласо­ вания роторов, близких к л. Разница в статических моментах на ва­ лах приводит к неодновременному началу пуска машин, созданию разных запасов кинетической энергии в движущихся частях и воз­ можности возникновения колебательных процессов.

Для устойчивой работы электрического вала п снижения бросков тока нрп включении синхронизирующих машин перед их разгоном

151

обычно производится вспомогательная операция фазирования, ири которой роторы получают синфазное положение в пространстве, что исключает указанные нежелательные явления при дальнейшем пуске.

Приведение машин электрического вала в сиифазпое положепне осуществляется путем включения только уравнительных машин или основных машин системы рабочего вала при отключенном доба­ вочном сопротивлении в цени ротора. При атом, еслп все три фазы обмоток статоров обеих машин подключены к сети, развиваемые ими моменты определяются по (3-11) и (3-13) при s = 1. Как видно из кривых на рис. 3-11, в этом случае в зависимости от начального

угла рассогласования 0 мо­ менты, развиваемые асинхрон­ ными двигателями, могут из­ меняться в широких пределах. R частности, при значениях 0, близких л, оба момента имеют одинаковый знак. Под дейст­ вием таких моментов обе ма­ шины будут вращаться в одном направлении. При этих усло­ виях процесс установления роторов в синфазное положе­ ние затягивается и сопровож­ дается большими бросками то­ ков электрических машин.

друг другу, что приведет к уменьшению угла рассогласования. Для обеспечения указанных условий фазирования обычно исполь­ зуется подключение к сети только двух фаз обмоток статоров машин, как это показано на рис. 3-18.

Пульсирующее поле, возникающее при таком включении машин, может быть заменено полями прямой и обратной последователь­ ностей. Момент асинхронного двигателя в этом случае определяется двумя составляющими Л/П], и Л/орр. При s = 1 напряжения прямой и обратной последовательностей будут равны половине фазного на­ пряжения при трехфазном включении: |£/пр1 = |[ /0бр| = Uф/2.

Учитывая данное соотношение, можно записать:

I А/к. пр i = . М к. обр i = М к. е/4.

Тогда

Еслп ротор первой машины отстает от прямого поля, то момент прямой последовательности

152

Уравнительный момент, действующий в системе, складывается из моментов двух машин Мад1 н Л/ад2. Эти моменты стремятся повернуть роторы навстречу друг другу, устанавливая их в синфаз­ ное положение, при котором угол 0 равен нулю.

При различных статических моментах на валах двигателей угол 0 ие может стать равным нулю. Конечная его величина опреде­ ляется разностью статических моментов на валах. При этом урав­ нительный момент, действующий в .системе, определяется разностью э. д. с., возникающей за счет угла рассогласования.

После того как машпиы электрического вала займут синфазное или близкое к нему положение, производится пуск системы до установившейся скорости. В системе с уравнительными машинами он осуществляется любым известным способом пуска главных дви­ гателей, а в системе рабочего вала с помощью пускового реостата в роторной цепи двигателей. Вследствие наличия уравнительных моментов пуск машин осуществляется практически нрп синфазном положении механических валов.

3-4. МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СОГЛАСОВАННОГО ВРАЩЕНИЯ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Для некоторых производственных комплексов имеется необхо­ димость в согласовании движения отдельных их механизмов. Такая задача возникает, например, при согласовании движения механиз­ мов металлорежущих станков, группы конвейеров пт. п. Указанному требованию удовлетворяет система многодвпгателыюго электро­ привода, схема которого приведена на рис. 3-19. Двигатели Д1 п Д2 в системе согласованного вращения являются машинами двойного питания. Их угловая скорость определяется выражением

со = 2л (fx—faVp-

Если двигатели Д1 м Д2 н асинхронный преобразователь час­ тоты АПЧ подключены к сети, причем АПЧ находится,в неподвиж­ ном состоянии, то частоты статорной п роторной цепей двигателей равны. При этом двигатели будут находиться в состоянии покоя. После того как преобразователь частоты начнет вращаться, напри­ мер, в направлении вращения его поля, частота /а уменьшится п двигатели Д1 и Д2 будут вращаться в направлении вращения пх полей со скоростью, пропорциональной разности частот Д — Д. В случае вращения ротора АПЧ против направления вращения его поля скорость двигателей Д1 п Д2 также направлена против направ-

153

сдвинуты в пространстве относительно ротора АПЧ на некоторые углы в соответствии с нагрузкой на их валах.

3-5. ДВУХДВИГАТЕЛЫ1ЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДИФФЕРЕНЦИАЛОМ

Одна из спстем электропривода с механическим дифференциа­ лом, соединяющим два двигателя, может быть представлена кине­ матической схемой, приведенной на рис. 3-20. Прп вращении дви­ гателей Д1 и Д2 ведущие шестерни 1 \\2 обкатываются по шестерням-

Рпс. 3-20. Кинематическая схема двухдвпгателыгого электропривода с дифференциалом.

154

сателлитам 4' и 4", осе вращения которых связана с выходной шестерней дифференциала 3. Вращение сателлитов может привести к вращению их оси, а зпачит, и шестерни 3, от которой движение через дополнительную шестерню 5 передается рабочему органу производственного механизма.

Для определения основных соотношений в таком дифференциале следует обратиться к его принципиальной схеме, показанной на

центром основной окружности сателлита 4‘, можно записать в виде

Момент на выходной шестерне равен сумме моментов двигателей. Действительно, момент относительно оси Ог — 0 3 — 0 а:

М3= Л/диф = FaR-^-FqR.

Сдругой стороны,

F a = M j R - F 6 = M2/R.

Следовательно,

М3= Мдцф= Мj М3.

155

Если пренебречь потерями сил трения в подшипниках сателли­ тов, то момент сил Fa н Fg относительно оси 0\ —0 3 —0'{ должен быть равен нулю, т. е. FaR,, — FgRi = 0, где Я., — радиус основной окружности шестерни сателлита. Подставляя в это выражение зна­ чения Fa п Fq, находим:

(RJR) (Л/!-Л/2)=0,

т. е.

Тогда

Уравнения механических характеристик двигателей Д1 и Д ‘2 имеют соответственно вид:

(Di = co0i — М / | Pi |; С0а = шо2 — Л // | Ра |.

Тогда угловая скорость выходной шестерни 3

Учитывая (3-32), можно записать:

Из (3-33) следует, что жесткость характеристики электропривода с дифференциалом

( 3 - 3 5 )

Если двигатели Д1 и Д2 имеют одинаковые механические харак­ теристики, го

Характеристики двигателей п электропривода с дифференциа­ лом удобно изображать в одних координатных осях, как это сделано для двух случаев па рис. 3-22. При заданном моменте двигателей М скорость выходной шестерни дифференциала определяется полу­ суммой скоростей двигателей, а момент на ее валу равен удвоенному моменту, как показано на рпс. 3-22, а п 6.

Применение дифферепцпала открывает дополнительные воз­ можности в отношении плавного регулирования скорости электро­ приводов. Так, например, иа рис. 3-23, а приведены характеристики 7 п 2 двигателей, имеющих одинаковые по величине положитель­ ную и отрицательную жесткости. Характеристика 3 электропривода прп этом является абсолютно жесткой, |рДИ,|,| = со. При вращении

156

двигателей в разные стороны (характеристики Г , 2' на рис. 3-23, б) характеристика 3' электропривода аналогична характеристике

динамического торможения. Возможны н другие комбинации харак­ теристик двигателей, позволяющие изменять выходную характе­ ристику электропривода с дифференциалом.

Г л а в а ч е т в е р т а я

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ

И ИХ МОДИФИКАЦИИ

4-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электропривод, как это следует из его определения, предназначен для сообщения движения рабочим органам различных машин и механизмов. При их-работе для обес­

157

печения рационального хода технологического процесса очень часто возникает необходимость регулирования ско­ рости движения рабочих органов. Например, необхо­ димо изменять угловую скорость шпинделя токарного станка при изменении диаметра обтачиваемой детали для сохранения постоянства липейной скорости резания. Уг­ ловую скорость шпппделя приходится регулировать и в зависимости от характера обработки — черновое или чистовое точение, а также с изменением физпко-мохапичо- скнх свойств материалов обрабатываемой детали и резца п т. п. Таких примеров можно привести очень много. Действительно, регулирование скорости рабочих орга­ нов необходимо для механизмов и машин, используемых в самых различных отраслях народного хозяйства — для прокатных станов, для бумагоделательных, подъемиотрапспортпых, горнодобывающих, сельскохозяйственных, текстильных и других видов машин. Во всех случаях регулирование скорости позволяет наиболее рационально попользовать производственные механизмы, обеспечить оптимальные режимы их работы и, как правило, умень­ шить расход энергии.

Для регулирования скорости движения рабочего ор­ гана в принципе существуют две возможности: изменение угловой скорости электрического двигателя и изменение параметров кинематической цепи механической части привода, точнее, изменение передаточного отношения механических передач, устанавливаемых между двига­ телем и рабочим органом. Последний вариант известен давно. Его техническая реализация связана с относи­ тельно сложными п недостаточно надежными конструк­ циями (коробки скоростей, механические вариаторы и т. п.). Кроме того, в этом случае, как правило, не удастся получить плавное регулирование скорости. По этим при­ чинам в настоящее время задача регулирования скорости движения рабочих органов производственных механиз­ мов решается путем регулирования скорости основного источника механической энергии — электродвигателя.

Под регулированием угловой скорости электродвига­ телей понимается целенаправленное ее изменение неза­ висимо от момента на валу в соответствии с требованиями, предъявляемыми к закону движения рабочего органа механизма. В гл. 2 при апализе механических характе­ ристик различных двигателей было показано, что их уг­ ловая скорость может изменяться как при изменении па­

158

раметров электрических цепей (сопротивлений) или ис­ точников питания (напряжение, частота), так и при из­ менении момента сопротивления. Регулирование ско­ рости электродвигателя обеспечивается первым факто­ ром, а именно воздействием па параметры цепей или ис­ точников питания, тогда как измепення скорости, свя­ занные с изменением момента, вызывают отклонения регулируемой величины (скорости) от заданного значе­ ния.

Для оценки свойств регулпруемого электропривода вводится ряд показателей. Основным пз них является диапазон регулирования, под которым понимается от­ ношение максимальной скорости при регулировании к ми­ нимальной, т. е.

Часто возникает задача расширения зоны регулиро­ вания угловой скорости и тем самым увеличения D. Однако расширение этой зоны не может быть безгранич­ ным. Увеличение верхнего предела угловой скорости сомакс обычно бывает ограничено механической прочностью якоря пли ротора.

Для двигателей постоянного тока верхний предел скорости ппогда ограничивается также коммутационной способностью коллектора, так как с увеличением угловой скорости растет реактпвпая э. д. с. в коммутируемой секции обмотки якоря. Нижний предел угловой скорости, как правило, ограничивается необходимой точностью поддержания заданной скорости при возможных колеба­ ниях момента статической нагрузки па валу двигателя. Здесь под точностью понимается соответствие заданной и действительной скоростей при наибольших отклоне­ ниях момента пагрузкп от заданного значения. Очевидно, что для электропривода точность регулирования ско­ рости будет определяться жесткостью механических ха­ рактеристик. При снижении модуля жесткости будет уменьшаться и точность поддержания скорости.

В тех случаях, когда не задана допустимая неточность при регулировании, т. е. отклонение угловой скорости от заданного значения при возможных изменениях мо­ мента статической нагрузки, обычно принимают зону изменения момента статической пагрузкп от 0 до (1,5 2) М с, где М с — расчетное значение момента статиче­ ской нагрузки. Если при этом известно также мпнималь-

159