Применение искусственной коммутации связано с более сложной схемой преобразовательной части по сравнению с естественной ком-мутацией в инверторе, как это видно из приведенных примеров инвер-торов. Но в случае инвертора с естественной коммутацией, как отме-'чалось выше, возникает проблема пуска двигателя.

Наиболее просто пусковой режим обеспечивается при питании двигателя от преобразователя частоты с непосредственной связью (НПЧ). В НПЧ функции выпрямления и инвертирования выполняют одни и те же вентили, что позволяет для коммутации тока в фазах ВД использовать переход питающего напряжения через нуль.

Из краткого рассмотрения различных схем ВД следует, что во-прос о применении целесообразной схемы преобразователя частоты может быть решен только на основании технико-экономического сопо-ставления.

Так как ВД обладает характеристиками машины постоянного тока независимого возбуждения (можно получить у ВД и характери-стики двигателя последовательного возбуждения, если обмотку воз-буждения синхронного двигателя включить последовательно в цепь выпрямленного тока на входе инвертора), то все способы регулиро-вания его угловой скорости характеризуются такими же показате-лями, что и соответствующие способы (изменением напряжения на якоре и тока возбуждения) регулирования угловой скорости двигателя по-стоянного тока независимого возбуждения. Но в случае преобразова-теля частоты ннверторного типа энергетические показатели регулиро-вания у ВД будут хуже из-за двукратного преобразования энергии. Несколько хуже оказывается стабильность скорости и как следствие меньше диапазон регулирования вниз от основной угловой скорости, так как механические характеристики ВД мягче, чем у двигателя по-стоянного тока такой же мощности.

В случае питания инвертора от сети постоянного тока или от акку-муляторов ВД называют бесколлекторной машиной постоянного тока, То же название иногда распространяют и на ту часть ВД, которая вклю-чает в себя инвертор с системой управления, синхронную машину и датчик положения. Коэффициент полезного действия инвертора обычно ниже, чем у коллекторно-щеточного узла машины постоянного тока, но надежность инвертора и в целом ВД и его механическая про-чность выше, чем обычной машины постоянного тока.

ГЛАВА ПЯТАЯ ВЗАИМОСВЯЗАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Иногда по конструктивным соображениям или с целью уменьшения момента инерции электропривода, а также из-за невозможности выполнения привода большой мощности с одним двигателем прибегают к электроприво-дам, состоящим из двух или нескольких машин, соединен-ных между собой механическим или электрическим спо-собом. Подобного рода взаимосвязанные электроприводы встречаются в механизмах металлургической промышлен-ности, кузнечно-прессовых машинах, подъемно-транспорт-

ных устройствах, в специальных установках большой мощности и т. п.

В качестве примера можно привести электропривод аэродинамической трубы, осуществляемый от двух мощ-ных двигателей постоянного тока, связанных общим валом (многодвигательный электропривод). Другим примером спе-циального исполнения электропривода может служить привод крупного портального крана или шлюзового затвора, где один механизм обслуживается двумя двигателями, расположенными на значительном расстоянии. Эти дви-гатели имеют электрическую связь для согласованной работы (электрический вал).

Взаимосвязанный электропривод в установках большой мощности позволяет уменьшить нагрузку каждого при-вода и тем самым облегчить передачу к рабочему органу, уменьшить суммарный момент инерции роторов двигате-лей.

Важной задачей в подобных системах является необхо-димость равномерного распределения нагрузок между от-дельными электроприводами в статическом и динамиче-ском режимах. Рассмотрим вопрос о распределении на-грузок в наиболее простом случае, на примере двухдвига-тельного электропривода.

5.1. Электропривод с механическим соединением валов

При механическом соединении валов двухдвигателей в статическом режиме угловая скорость их будет одинакова, а результирующий момент, развиваемый электроприводом, равен:

(5.1)

или (5.2)

—модули жесткости механиче-

ских характеристик и соответственно угловые скорости холостого хода каждого двигателя.

Из (5.2) находим уравнение механической характери-стики двухдвигательного электропривода:

(5.3)

На рис. 5.1 тонкой линией показана механическая ха­рактеристика двигателя постоянного тока независимоговозбуждения. Каждый из двух взаимосвязанных двига-телей имеет такую характеристику . Резуль­тирующая характеристика привода показана утолщенной линией 1.

Так как , то (5.3) примет

вид: (5.4)

где

Как следует из (5.4), результирующая характеристика привода проходит через точку ₀, жесткость результирую­щей характеристики равна сумме жесткостей отдельных двигателей.

Рис. 5.1. Механические харак- Рис. 5.2. Механические харак-

теристики двухдвигательного теристики двухдвигательного

привода постоянного тока. привода при вентиляторной на-

грузке.

На рис. 5.1 показано, что момент нагрузки М = М_с равномерно распределяется между обоими двигателями и они оказываются одинаково загруженными.

Взаимосвязанный привод может быть как нерегулируе­мым, так и регулируемым. Например, если два двигателя постоянного тока с независимым возбуждением включены параллельно и требуется регулировать скорость привода, то это можно осуществить изменением подводимого напря­жения или другим известным способом. При пониженном напряжении результирующая механическая характери­стика привода 2 параллельна характеристике 1 (рис. 5.1). При пониженной угловой скорости и одинаковых параме­трах привода распределение нагрузки будет также равно­мерным.

В случае регулирования угловой скорости при венти­ляторном законе изменения нагрузки (рис. 5.2) и сниже­нии угловой скорости до определенного значения рабо­тают оба двигателя. Затем один из двигателей отключается и нагрузка преодолевается только другим двигателем. Жесткость характеристики одного двигателя меньше жест­кости результирующей характеристики.

Механические характеристики упомянутых двигателей могут иметь различную жесткость из-за различных, сопро­тивлений цепей якорей или вследствие неодинаковых токов возбуждения; тогда при совместной работе двигателей

Рис. 5.3. Механические харак- Рис. 5.4. Механические харак­ теристики двухдвигательного теристики двухдвигательного привода при различных сопро- привода при различных токах тивлениях якорных цепей дви- возбуждения двигателей посто- гателей постоянного тока неза- янного тока независимого воз- висимого возбуждения. буждения.

распределение нагрузки между ними неодинаково. Харак­теристики отдельных двигателей при различных сопро­тивлениях цепей якорей и результирующая характеристика даны на рис. 5.3.

Всоответствии с (5.2) можно найти распределение нагрузки М =М_с между двигателями:

(5.5)

где .

Механические характеристики двух двигателей постоян­ного тока независимого возбуждения при различных токах возбуждения показаны на рис. 5.4. Распределение нагрузки между двигателями в данном случае

(5.6)

Из (5.6) следует, что двигатель, имеющий меньшую скорость идеального холостого хода, может развивать момент в генераторном режиме параллельно с сетью, хотя привод работает в двигательном режиме, при этом оказы­вается, что другой двигатель преодолевает не только мо­мент сопротивления, но и тормозной момент двигателя, работающего в генераторном режиме (рис. 5.4).

Совместная работа двигателей постоянного тока после­довательного возбуждения обеспечивает более равномер­ное распределение нагрузок, чем в случае двигателей независимого возбуждения, даже при той же разнице

Рис. 5.5. Схема параллельного со­единения двух двигателей постоян­ного тока независимого возбужде­ния при различных сопротивлениях цепей якорей и разных угловых скоростях идеального холостого хода при совместной работе на общий вал.

Рис. 5.6. Схема последователь­ного включения двигателей при совместной работе на общий вал.

в сопротивлениях, так как характеристики этих двигателей обладают меньшей жесткостью.

При одинаковых угловых скоростях идеального холо­стого хода и параллельном соединении цепей якорей дви­гателей постоянного тока независимого возбуждения, имею­щих разные сопротивления, необходимо в цепь якоря двигателя, имеющую меньшее сопротивление, включить постоянный добавочный резистор (рис. 5.5). Аналогичным способом, т. е. включением постоянных дополнительных резисторов в цепь ротора, можно, например, добиться достаточно равномерного распределения нагрузок между асинхронными двигателями, имеющими неодинаковую жест­кость механических характеристик в их рабочей части.

При различных угловых скоростях идеального холостого хода двух двигателей независимого возбуждения можно путем введения дополнительных резисторов в обмотки

возбуждения уменьшить неравномерное распределение на­грузок (рис. 5.5).

Равномерное распределение нагрузок при неодинако­вых сопротивлениях цепей якорей может быть также осуществлено путем последовательного соединения двига­телей (рис. 5.6), если напряжение сети окажется достаточ­ным для получения необходимой угловой скорости.

Так как токи в цепи якорей обоих двигателей одина­ковы, то при одинаковой угловой скорости напряжение на выводах якоря одного двигателя

ана выводах якоря другого двигателя

Следовательно, напряжение на якоре двигателя с боль­шим сопротивлением будет выше, а с меньшим — ниже.

Рис. 5.7. Механические характе­ристики двухдвигательного при­вода при последовательном соеди­нении якорных цепей двух дви­гателей постоянного тока неза­висимого возбуждения.

При этом можно себе представить, что характеристика _oа переместится параллельно самой себе вверх, а _oб — соответственно вниз (рис. 5.7). В точке в обе характери­стики пересекутся при одном и том же моменте на каждом двигателе.

В переходных процессах распределение нагрузок может ухудшаться по той причине, что связь между двигателями не является абсолютно жесткой, что создает благоприят­ные условия для развития механических колебаний, обус­ловленных действием возмущений со стороны электриче­ской части привода и внутренними и внешними возмуще­ниями. Колебания упругосвязанных масс всегда вызывают дополнительные динамические нагрузки передач, которые при неблагоприятных условиях могут достигать опасных значений.

Исследования динамики многодвигательных электро­механических систем показали, что рассмотренные особен­ности двухдвигательного электропривода характерны и для большего числа двигателей, причем с возрастанием числа двигателей динамические процессы усложняются. Поэтому для многодвигательных электроприводов при­ходится отказываться от последовательного соединения двигателей, переходя к другим схемам соединения сило­вых цепей, обеспечивающим демпфирование любых воз­никающих в системе колебаний.

Число возможных схем соединения двигателей увели­чивается при возрастании числа двигателей многодвигатель­ного электропривода.

Заслуживает внимания многодвигательный электропри­вод с индивидуальным питанием двигателей от отдельных управляемых преобразователей, в котором осуществляется индивидуальное управление током каждого двигателя и его угловой скоростью во всех режимах. Однако при этом увеличиваются габариты установки из-за дробления мощ­ности преобразователя. Поэтому в тех случаях, когда влиянием зазоров и погрешностей передач на динамиче­ские нагрузки электромеханической системы можно пре­небречь, рациональным является использование последо­вательного соединения двигателей.