книги из ГПНТБ / Василевский, Марк Николаевич. Асинхронный привод шахтных подъемных машин

Таким образом, вес двух дросселей насыщения составляет 0,2 веса подъемного двигателя.

При эксплуатации этой установки было достигнуто:

1) получение малых регулируемых моментов, что облегчило

управление машиной при движении скипа в разгрузочных кри­ вых и при ревизии каната;

-°3/к0

Рис. 146. Схема управления с дросселем насыщения

2) значительное сокращение числа ящиков роторного сопро­ тивления.

Таким образом, применением только одного аппарата — дросселя насыщения — можно по весьма простым схемам осу­ ществить автоматическое управление и регулирование асин­ хронного двигателя.

240

Применение дросселя насыщения сокращает количество ап­ паратуры и исправляет характеристики асинхронного двига­ теля, делая их приемлемыми для условий привода подъемных машин.

Глава XIV

ПРОЧИЕ СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АСИНХРОННОГО ПРИВОДА

§ 1. БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ПРИВОД ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Использование асинхронного двигателя в качестве привода шахтной подъемной машины требует применения редуктора, так как тихоходные асинхронные двигатели имеют весьма низкие

энергетические показатели, громоздки, дороги и вообще неосу­ ществимы в приемлемых основных размерах при скорости вра­ щения ниже 50—100 об]ми.н.

Наличие редуктора усложняет и удорожает изготовление, а также снижает надежность работы подъемной машины. По­ этому весьма желательно осуществление безредукторного при­ вода подъемных машин.

При асинхронном приводе эта задача может быть решена применением так называемого двигателя с дуговым стато­ ром, т. е. такого двигателя, у которого магнитная система статора разомкнута и охватывает только часть окружности ро­

тора. При дуговом статоре асинхронной машины можно полу­ чить любые синхронные скорости, изменяя угол обхвата ротора статором.

Синхронная скорость вращения ротора может быть опреде­ лена по формуле

«с = 60/|,

где р = 0,2 ~ 0,35 — коэффициент окружения;

р — число пар полюсов.

Получение промежуточных скоростей при дуговом статоре является ценным преимуществом, позволяющим выбрать наи­ более рациональную скорость для данной установки.

Ротором для двигателя с дуговым статором в некоторых случаях может служить непосредственно орган навивки ма­ шины, но в большинстве случаев дуговой двигатель будет

иметь ротор, отделенный от органа навивки и такого диаметра, чтобы обеспечить требуемую скорость на окружности навивки.

По конструктивным возможностям выполнения обмотки на

3 или 6 кв не удается получить пазовое деление меньше 2 см

или полюсное деление менее 6 см. Окружная скорость (в м!сек')

на диаметре внутренней расточки статора равна полюсному

делению (в см), поэтому при скорости подъема менее 6 м[сек диаметр ротора двигателя должен быть взят соответственно больше диаметра органа навивки.

Даже при раздельном выполнении, ротора двигателя и орга­

на навивки машины применение дугового статора имеет боль­ шие преимущества по сравнению с редукторным приводом с бы­ строходным асинхронным двигателем. Общий к. п. д. безредукторного привода не уступает к. п. д. редукторного привода,

апри мощных двигателях даже выше.

Удугового двигателя coscp ниже, чем у быстроходного дви­

гателя, но этот недостаток устраняется применением статиче­ ских конденсаторов или компенсацией намагничивающего тока,

внутри двигателя.

При безредукторном приводе достигается экономия в весе подъемной машины, и чем больше мощность привода, тем боль­ ше экономия (при двигателе мощностью 800 кет экономия до­ стигает 30%).

Применение двигателя с дуговым статором исключает нали­ чие редуктора, что снижает трудоемкость изготовления подъ­

емной машины и увеличивает ее механическую надежность.

Особенно благоприятные условия для применения двигателя с дуговым статором существуют при использовании его в каче­

стве привода многоканатных подъемных машин. Это объяс­ няется тем, что благодаря наличию у них малых движущихся масс и уравновешенности системы подъема требуется сравни­ тельно небольшой пусковой момент — порядка 1,2—1,4 номи

нального момента. У многоканатного подъема отсутствуют экст­ ренные усилия, возникающие при подъеме клети над кулаками или дотяжке верхнего подъемного сосуда, когда нижний ужесел на посадочные брусья.

Применение двигателей с дуговым статором также способ­ ствует развитию новых методов управления асинхронным при­ водом— с использованием низкой частоты и дроссельного управления.

С применением низкой частоты стало возможным осущест­ вить работу двигателя с короткозамкнутым ротором и дуговым

статором на малых скоростях, что ранее представляло большие трудности.

Электрическая часть подъемной установки также значительно упрощается, так как двигатель с дуговым статором имеет корот козамкнутый ротор и регулирование скорости его производится со стороны статора, что исключает из схемы роторную станцию управления и пусковое сопротивление.

За последнее время интерес к двигателям с дуговым стато­ ром значительно возрос. В 1957 г. изготовлены две шаровые мельницы с таким приводом, что дало значительный эффект —

снижение веса в 2,5 раза и сокращение объема здания мель­ ницы на 30%.

242

§ 2. ПРИВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МУФТ

В некоторых отраслях промышленности для регулирования

приводов нашли применение асинхронные электромагнитные

муфты.

По принципу работы асинхронную муфту можно рассматри­ вать как генератор переменного тока, работающий в зависимости от конструкции и назначения муфты в режиме короткого замы­ кания или с сопротивлением в цепи якоря.

Электромагнитная асинхронная муфта состоит из двух ча­ стей (рис. 147):

1) якоря 1, напоминающего ротор асинхронного двигателя, который может быть выполнен короткозамкнутой обмоткой: (в виде беличьей клетки или мас­

ведущего вала к ведомому производится при помощи магнитной: связи якоря и индуктора муфты без непосредственного их со­ прикосновения.

Асинхронная электромагнитная муфта может работать, только при наличии разности скоростей движения якоря и ин­ дуктора, т. е. при наличии скольжения, которое пропорциональ­ но сопротивлению якоря муфты. Если сопротивление якоря не­ значительно, то при номинальной нагрузке и полном токе воз­ буждения скорость ведомой части муфты будет отличаться от скорости ведущей ее части на 2—3%. Если сопротивление яко­ ря значительно, то и скольжение будет значительным.

При индукторе с неявно выраженными полюсами и допу­ щении, что магнитная цепь не насыщена и поле реакции якоря распределено синусоидально и пропорционально ампервиткам' якоря, величина момента, передаваемого электромагнитной муф­ той, может быть вычислена по формуле

A— ток в якорной цепи;

г2— сопротивление фазы якоря;

После преобразований можно получить формулу для опреде­

ления момента муфты такую же, как и для определения мо­

мента асинхронного двигателя,

ся аппаратами весьма небольшой мощности, так как величина

мощности, требуемой на возбуждение, не превышает 2—3% мощности, передаваемой муфтой. Это обстоятельство является большим преимуществом электромагнитных муфт.

На рис. 148 показаны механические характеристики элект­ ромагнитной муфты с короткозамкнутым якорем при регулиро­ вании током возбуждения. Цифры 3,. .., 100 характеризуют величину тока возбуждения в процентах. Так как ток возбужде­ ния муфты можно регулировать плавно, то и скорость привода будет изменяться плавно.

Рассматриваемые механические характеристики напомина­ ют характеристики, получаемые при регулировании скорости асинхронного двигателя изменением сопротивления в цепи ро­

тора, поэтому диапазон и характер регулирования в данном слу­

чае такие же, как и при этом способе регулирования: при глубо-

244

ком регулировании скорости механические характеристики весьма смягчаются и развиваемый приводом момент быстро снижается со снижением скорости вращения ведущей части муфты. Таким образом, при выполнении муфты с короткозамк­

нутым якорем глубокое регулирование скорости возможно только при приводе механизмов с вентиляторным моментом на­

грузки (момент сопротивления механизма снижается быстрее

снижения скорости).

Следует также учитывать, что потери в муфте в основном определяются потерями скольжения. Поэтому в мощных муф­ тах, служащих для регулиро­

кого диапазона регулирования скорости при жестких характеристиках можно достигнуть применением электромагнитных муфт с фазной обмоткой якоря при осуществлении положитель-

ной обратной связи ведущей и ведомой частей муфты. В прин­ ципе можно отказаться от постороннего источника постоян­ ного тока возбуждения при наличии остаточного магнетизма в системе индуктора муфты. В этом случае возникающий в обмотке якоря при работе муфты со скольжением переменный

ток выпрямляется и направляется в обмотки индукторов для возбуждения последних (рис. 149).

Такая муфта обладает большими преимуществами по срав­ нению с короткозамкнутыми муфтами.

При осуществлении обратной связи ведущей и ведомой ча­

стей муфты с изменением скольжения изменяется ток возбуж­ дения ее. При увеличении нагрузки скольжение муфты стре­ мится увеличиться, при этом изменяется и ток возбуждения

муфты, но так как развиваемый муфтой момент пропорциона­ лен квадрату тока ее возбуждения (при ненасыщенной системе),

то механические характеристики муфты приобретают весьма:

большую жесткость.

Наличие регулируемого сопротивления в цепи якоря муфты позволяет работать при одном и том же токе возбуждения с раз­

личными скольжениями.

24 5

На рис. 150 показаны механические характеристики электро­ магнитной муфты с фазным якорем при наличии обратной связи.

Как видно из рис. 150, механические характеристики принимают вид слабо наклонных параллельных прямых (при отсутствии насыщения), близких по своему виду к характеристикам дви-

гатель-генераторной группы.

Наличие сопротивления в цепи якоря муфты облегчает те­

пловой режим работы муфты при регулировании скорости, так как тепловые потери распределяются прямо пропорционально ве­ личинам сопротивления.

Из рассмотрения принципа

работы и механических харак­ теристик электромагнитных

Рис. 149. Схема асинхронной муф­

муфт видно, что их можно использовать в следующих режимах работы привода подъемной машины:

1)осуществление разгона привода при переменном скольже­

нии муфты;

2)работа привода с максимальной скоростью и минималь­ ным скольжением муфты;

3)выполнение тормозных режимов:

а) при отрицательном скольжении с отдачей энергии в сеть через приводной асинхронный двигатель (в режиме спуска гру­ зов со скоростью более номинальной);

б) при спуске грузов на пониженной скорости или при созда­ нии оперативных замедлений при отрицательных усилиях;

4) осуществление пониженных скоростей и оперативных за­ медлений при положительных движущих усилиях.

Таким образом, при применении электромагнитных муфт не­ возможно осуществление двух режимов — изменения направле­ ния вращения приводного механизма и торможения противо­ включением.

246

Использование электромагнитной муфты в приводе шахт­ ного подъема позволяет применять в качестве приводного дви­ гателя асинхронные короткозамкнутые или синхронные двига­ тели.

Во избежание реверсирования приводного двигателя и связан­ ных с этим частых остановок и пусков при реверсировании подъ­ емной машины может быть использована схема с применением двух электромагнитных муфт и двух дополнительных зубчатых колес (рис. 151) при одноступенчатом редукторе. Каждая из муфт служит только для работы в одном направлении вращения, в соответствии с чем должна быть осуществлена электрическая

явления самоопоражнивания и т. д.), отрицательно влияющих на устойчивость работы и однозначность управления машиной;

3)возможность осуществления автоматизации подъема за счет осуществления электрических связей обмотки возбуждения муфты с различными силовыми цепями и цепями управления подъемной установки;

4)весьма небольшое собственное время электромагнитной муфты;

5)изготовление всего комплекса аппаратов управления при помощи электромагнитной муфты проще изготовления комплекса аппаратов управления при помощи турбозубчатого редуктора.

Применение электромагнитных муфт представляет интерес также для улучшения механических характеристик асинхронного подъемного двигателя при контакторном управлении. Электро­ магнитная муфта может также использоваться в качестве рабо­ чего тормоза машины при условии осуществления окончательного

стопорения магпины механическим тормозом.

247

Конструктивно муфта выполняется из двух частей: внешняя часть муфты с индуктором 1 закрепляется неподвижно, а внут­

мозной момент, развиваемый муфтой. Для исправления механи­ ческих характеристик асинхронного двигателя, работающего в

период замедления с переменным моментом на пониженной ско­ рости, тормозной момент, развиваемый электромагнитной муф­ той, должен быть такой величины, чтобы сумма моментов на­ грузки и муфты всегда была постоянной величиной.

Рис. 152. Схема использования муфты в качестве тормоза:

1 — индуктор; 2 — якорь; Д — подъемный двигатель; В7\ и BTZ — твердые выпрямители

Это достигается при помощи отрицательной обратной связи по току обмотки возбуждения муфты с силовой цепью привод­ ного двигателя. Питание обмотки возбуждения муфты произво­ дится от источников тока, действующих навстречу друг другу:

независимого выпрямителя ВТ\ и зависимого от нагрузки при­ водного двигателя выпрямителя ВТъ. Твердый выпрямитель ВТ% включен во вторичную обмотку трансформатора тока ТТ, первич­ ная обмотка которого включена в силовую цепь статора подъем­ ного двигателя. При изменении нагрузки подъёмного двигателя изменяется и напряжение на выходе выпрямителя. Чем больше нагрузка двигателя, тем меньший тормозной момент развивает электромагнитная муфта, и наоборот.

Мощность электромагнитной Муфты, применяемой для ис­ правления механических характеристик асинхронного подъем­ ного двигателя, составляет 25—40% мощности последнего.

248

Для обеспечения большего быстродействия электромагнит­ ной муфты обмотка возбуждения ее выполняется с небольшим числом витков. Необходимый поток создается за счет увеличе­ ния тока возбуждения. Напряжение питания обмотки 18—24 в.

§ 3. микропривод

Для получения устойчивой скорости при дотяжке или реви­

зии каната можно использовать вспомогательный двигатель ма­

лой мощности с дополнительным редуктором (микропривод).

При малой скорости движения (порядка 10—5%■ максималь­

ной) мощность для осуществления дотяжки даже при номиналь­ ном вращающем моменте на коренном валу составит 10—5% но­ минальной мощности привода. Для возможности использования двигателя малой мощности в период доТяжки необходимо обес­ печить создание им требуемого вращающего момента при ско­ рости дотяжки порядка 0,5 мДек. Это можно выполнить, соеди­ нив вспомогательный двигатель 2 с приводным валом главного

редуктора через дополнительный редуктор с расцепной муфтой

(рис. 153).

После окончания периода основного замедления, когда дей­

ствительная скорость станет равной заданной скорости дотяж­ ки, реле 1РС (рис. 154) отпустит свой якорь и включит привод электромагнитного вентиля. Вентиль откроется и впустит сжа­ тый воздух в полость расцепной фрикционной муфты 3 (см. рис. 153), которая через вспомогательный редуктор включит в работу двигатель малой мощности, последний все время вклю­ чен в сеть или подключается к ней непосредственно перед перио­ дом дотяжки.

Одновременно с включением муфты сцепления отключается контактор динамического торможения ДТ, и главный двигатель

вдотяжке участия не принимает.

Вкачестве вспомогательного двигателя применяется асин­ хронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который хо­ рошо поддерживает заданную скорость дотяжки при положи­ тельных усилиях, работая в двигательном режиме, и при отри­ цательных усилиях — в режиме генераторного торможения.

Недостатки микропривода:

1)возможность использования его только в течение кратко­ временного периода дотяжки; основной период замедления дол­ жен осуществляться при помощи других способов, например динамического торможения;

2)наличие дополнительного редуктора;

3)необходимость включения на ходу расцепной муфты, что

при различной скорости вращения ее половин может вызвать удары.

Преимуществом микропривода является устойчивое поддер­ жание скорости дотяжки при весьма малом расходе энергии.

249-