4.12. Особенности многодвигательного электропривода.

Увеличение числа двигателей в электроприводах различных производственных механизмов, особенно при большой мощности или при значительной механической инерции, является одной из важных тенденций в развитии современного машиностроения. Это обусловлено следующими преимуществами многодвигательного электропривода: 1) увеличение числа двигателей облегчает унификацию электроприводов различных по мощности установок; 2) многодвигательный электропривод имеет меньший суммарный момент инерции двигателей, чем однодвигательный соответствующей мощности; 3) при большом моменте инерции механизма увеличение числа двигателей, подводящих через индивидуальные передаточные устройства механическую энергию к механизму, позволяет уменьшить нагрузки на передачи и вследствие этого уменьшить их массу и габариты.

Вместе с тем многодвигательные электроприводы обладают и некоторыми недостатками. Увеличение числа валопроводов механизма приводит к разветвлению расчетных схем механической части электропривода. Из-за дробления масс привода и появления дополнительных упругих связей возрастает число степеней свободы электромеханической системы и соответственно усложняется ее динамика. Колебания упругосвязанных масс многодвигательного электропривода вызывают дополнительные динамические нагрузки колебательного характера, которые увеличивают износ передач, вызывают вибрации и тряску механизма, затрудняют достижение требуемой точности работы механизма. Анализ динамических процессов многодвигательного электропривода в связи со сложностью объекта обычно осуществляется с помощью ЭВМ.

Важной особенностью многодвигательного электропривода является возможность неравномерного распределения нагрузок между двигателями, работающими на общий вал, в статических режимах работы. Рассмотрим эту особенность на простейшем примере двухдвигательного электропривода, схема которого представлена на рис. 4.41, а. Благодаря наличию механической связи между роторами двигателей в статических режимах работы угловые скорости двигателей одинаковы при любых различиях в механических характеристиках, а результирующий момент электропривода равен сумме моментов двигателей:

М=М₁+М₂=₁(₀₁-)+₂(₀₂-) (4.126)

где _1,_01, _2, ₀₂ – модули жесткости и скорости идеального холостого хода двигателей 1Д и 2Д.

С помощью (4.126) определяется результирующая механическая характеристика двухдвигательного электропривода:

(4.126)

Скорость двухдвигательного электропривода в статическом режиме работы определяется подстановкой в (4.127) значения М = М_с при этом в общем случае моменты М₁ и М₂, развиваемые двигателями, не равны:

М1=₁(₀₁-)  М₂=₂(₀₂-)

Очевидным условием равенства статических нагрузок двигателей в данном случае является идентичность их механических характеристик, т. е. ₁ = ₂ и ₀₁ = _02. В представленном на рис. 4.41, а, асинхронном двухдвигательном электроприводе ₀₁ = ₀₂, однако жесткости ₁ и ₂ могут быть различны в связи с практически неизбежным разбросом сопротивлений роторной обмотки даже у однотипных двигателей. При этом нагрузки распределяются пропорцйонально модулям жесткости ₁ и ₂, как показано на рис. 4.41, б, где кривая 1 есть зависимость,  =(М) для двигателя 1Д, кривая 2 – то же для двигателя 2Д, а кривая 3 представляет собой результирующую механическую характеристику двухдвигательного электропривода.

Рис. 4.41. Схема двухдвигательного электропривода (д) и его механические характеристики (б)

Возникающая неодинаковость загрузки двигателей весьма неблагоприятна, так как вынуждает завышать мощность двигателей. При полной идентичности механических характеристик обоих двигателей каждый из них несет половину общей нагрузки, и при этих условиях номинальный момент агрегата равен:

М_ном=М_1ном+ М_2ном= 2М_ном

Если жесткости механических характеристик неодинаковы, то при той же общей нагрузке агрегата большую часть нагрузки принимает на себя тот двигатель, у которого  больше, а второй соответственно недогружается. Следовательно, если при проектировании многодвигательного , электропривода не принять меры к выравниванию нагрузок, двигатели с большей жесткостью могут иметь нагрузку, превышающую номинальную, что приведет к превышению допустимой температуры двигателей и к быстрому выходу их из строя.

В асинхронном электроприводе при двигателях с фазным ротором можно добиваться равенства жесткостей механических характеристик всех двигателей многодвигательного электропривода, вводя соответствующие добавочные резисторы в роторные цепи двигателей с более жесткими характеристиками. Рассматривая рис. 4.41, б, можно заключить, что влияние неодинаковости сопротивлений силовой цепи тем вьше, чем большую жесткость имеют характеристики двигателей в среднем.

Рис. 4.42. Схемы параллельного (а) и последовательного (6) включения якорей двигателей постоянного тока.

Поэтому при двигателях с короткозамкнутым ротором для многодвигательного электропривода предпочтительны асинхронные двигатели с повышенным скольжением.

Для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением проблема распределения нагрузок в многодвигательном электроприводе при параллельном подключении их к источнику питания (рис. 4.42, я) является еще более острой. Здесь возможны различия не только в жесткостях, но и в скоростях идеального холостого хода _0i в связи с неодинаковостью магнитного потока:

_0i=U_ном/k_i

Различия в потоках могут быть обусловлены как различием сопротивлений обмоток возбуждения, так и неодинаковостью характеристик магнитной цепи.

Высокую равномерность загрузки двигателей постоянного тока обеспечивает последовательное соединение их якорных обмот6к по схеме, приведенной на рис. 4.42,6. Токи якорей при этом одинаковы во всех режимах, и отклонения в развиваемых двигателями моментах определяются только возможными отклонениями потоков двигателей от номинального значения:

М₁=k₁I_я и М₂=k₂I_я

Возможный разброс значений потока невелик и может быть дополнительно снижен путем последовательного соединения также и обмоток возбуждения двигателей. Благоприятные условия работы многодвигательного электропривода постоянного тока в отношении распределения нагрузок определяют широкое использование на практике схемы с последовательным соединением обмоток якорей.

***********************************