Главное меню

Главная Электродвигатели Системы электропривода Схемы согласованного вращения электродвигателя
Схемы согласованного вращения электродвигателя

При многодвигательном электроприводе иногда требуется, чтобы несколько электродвигателей, удаленных друг от друга на значительное расстояние, вращались с одинаковой скоростью. Такие случаи имеют место в электроприводах экскалаторов, про­катных станов, механизмов передвижения перегрузочных мос­тов, некоторых типов грейферных лебедок и др. Вращение элект­родвигателей, имеющих различную нагрузку, с одинаковой скоростью называется согласованным. Согласованное вра­щение может быть осуществлено путем механического соедине­ния 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 механиче­ских приспособлений, что увеличивает вес, габариты, стоимость 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 используются асинхронные машины, обеспечивающие наиболее надежную работу привода. Различают системы синхронного вращения со вспомогательными синхронизирующими машинами и без вспомогательных машин. В состав любой системы синхрон­ного вращения входят главные электродвигатели, обеспечиваю­щие привод механизмов. В системах первой группы с валами главных электродвигателей соединяются вспомогательные асин­хронные или синхронные машины, с помощью которых и осу­ществляется согласованное вращение главных электродвигате­лей.

В системах без вспомогательных машин согласованное вращение осуществляется непосредственно за счет главных электродвигателей, соединенных определенным образом между собой.

Нужно иметь в виду, что в системах со вспомогательными ма­шинами возможно применение главных электродвигателей любого 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 синхрон­ными машинами, которые не обеспечивают согласованного вра­щения главных электродвигателей в период пуска и торможения и поэтому применяются очень редко.

Система синхронного вращения со вспомогательными машинами вращающимися

Для примера рассмотрим систему синхронного вращения, со­стоящую (рис. 56, а) из двух главных электродвигателей Д1 и Д2 и двух вспомогательных асинхронных машин А1 и A2. Машина А1 насажена на вал главного электродвигателя Д1 а машина А2—на вал электродвигателя Д2. Главные электродвигатели могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние, однако при любых нагрузках они должны вращаться с одинако­выми скоростями. В качестве главных электродвигателей в схеме используются асинхронные короткозамкнутые электродвигатели. Роль же вспомогательных машин выполняют небольшие асин­хронные электродвигатели с контактными кольцами; роторы вспомогательных машин, как показано на схеме, соединены 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 одинаковыми скорос­тями. Вспомогательные машины А1 и А2 тоже имеют при этом одинаковую скорость и никаких вращающих моментов не созда­ют. Это объясняется тем, что обмотки роторов вспомогательных машин включены навстречу друг другу. Вследствие этого э. д. е., наводимые в каждой фазе ротора одной вспомогательной маши­ны, уравновешиваются э. д. е., 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 механические характеристики, будут вращаться синхронно и без участия вспомогательных машин.

В случае увеличения нагрузки, например, на электродвига­тель Д1 скорость последнего начнет снижаться и между ротора­ми вспомогательных машин А1 и А2 возникнет угол рассогласо­вания. В результате э. д. с. их роторных обмоток уравновеши­ваться не будут и в них появятся уравнительные токи, что приведет к созданию дополнительных вращающих моментов, приложенных к валам I и II.

Нетрудно доказать, что в рассматриваемом случае вспомо­гательная машина А1 будет потреблять электроэнергию из сети, а машина А2, наоборот, отдавать определенную часть электро­энергии в сеть. Это значит, что синхронизирующая машина Ах создает вращающий момент, совпадающий с направлением вра­щения вала I, а машина А2 создает момент, направленный навстречу вращению вала II. В результате нагрузки между главными электродвигателями Д1 и Д2 уравновесятся и скорость 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 сравни­тельно невелики, поэтому нет оснований ожидать, что вспомога­тельные машины будут создавать большие синхронизирующие моменты. Действительно, величина э. д. с. роторной обмотки асинхронной машины зависит от скольжения. Чем меньше сколь­жение, тем меньше величины э. д. е., наводимой в обмотке рото­ра, и тем меньше уравнительные токи, протекающие между ро­торными обмотками вспомогательных машин при нарушении равновесия. По этой причине синхронизирующие моменты, соз­даваемые вспомогательными машинами А1 и А2, сравнительно невелики и при большей разности нагрузок между двигателями Д1 и Д2 вспомогательные машины, включенные по схеме, изображенной на рис. 56, а, могут не обеспечить синхронного вра­щения валов I и II. Этим и объясняется сравнительно редкое использование на практике рассмотренной схемы. Значительно чаще применяется система синхронного вращения асинхронных электродвигателей со вспомогательными машинами, вращающи­мися «против поля» (рис. 56,б), получившая название «элект­рического вала». Эта схема работает практически так же, как и предыдущая. Разница состоит только в том, что здесь роторы вспомогательных машин А1 и А2 под действием главных элект­родвигателей 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 синхро­низирующими машинами, будут значительно выше, чем в пер­вом случае, а это обусловливает большую надежность схемы и согласованность вращения главных электродвигателей Д1 и Д2 практически при любых нагрузках.

Схема «электрического вала» обеспечивает синхронное вра­щение главных электродвигателей не только при значительной разнице моментов статического сопротивления в установив­шихся электродвигательном и тормозных режимах работы, но и при переходных процессах (во время пусков и реверсов). Од­нако ее главным недостатком является большое количество электрических машин, что усложняет привод и увеличивает его стоимость.

При небольшой разнице в нагрузках согласованное вращение асинхронных электродвигателей может быть достигнуто без ис­пользования вспомогательных синхронизирующих машин. Для этого главные электродвигатели Д1 и Д2 необходимо включать по схеме, показанной на рис. 57. Как и в предыдущих схемах, статорные обмотки элект­родвигателей питаются от общей сети трехфазно­го тока, а роторы вклю­чены навстречу 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.

Система синхронного вращения без вспомогательных машин

Если из-за неравенства нагрузки один из роторов отстанет от другого, в проводах, соединяющих роторы, появится уравнитель­ный ток, который создаст для более нагруженной машины допол­нительный двигательный, а для менее нагруженной машины до­полнительный тормозной момент. Последнее приведет к тому, что нагрузки на электродвигатели станут равными и они будут вращаться синхронно.

Система синхронного вращения без вспомогательных машин отличается простотой, обеспечивает синхронное вращение глав­ных электродвигателей в установившемся двигательном режиме и тормозном режиме противовключения. Однако величина син­хронизирующего 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 скольжения синхронизирующий момент, создаваемый электро­двигателями, будет мал, и электродвигатели, будучи выведены из состояния 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 синхронно, необходимо искусственно увеличивать их скольжение введением дополнительных сопротивлений в ротор­ные цепи, что приводит к увеличению потерь мощности.

Рассматриваемая система имеет и недостатки. При отключе­нии электродвигателей от сети их синхронное вращение наруша­ется. Это приводит к тому, что при последующем пуске могут возникнуть недопустимо большие пусковые токи и моменты из-за возможного значительного угла рассогласования роторов. Для предотвращения этого схему приходится усложнять и она практически теряет все свои преимущества. Поэтому эта схема применяется сравнительно редко, хотя стоимость установки мень­ше предыдущей.