Схеми узгодженого обертання електродвигуна
Головне меню
Суднові двигуни
При багаторуховому електроприводі іноді потрібно, щоб кілька електродвигунів, віддалених один від одного на значну відстань оберталися з однаковою швидкістю. Такі випадки мають місце в електроприводах екскалаторів, прокатних станів, механізмів пересування перевантажувальних мостів, деяких типів грейферних лебідок та ін. Узгоджене обертання може бути здійснено шляхом механічного з'єднання валів. Однак при значному видаленні машин один від одного, а також при незручному їх розташуванні механічне з'єднання найчастіше виявляється важким, так як при цьому необхідно застосовувати вали занадто великої довжини і діаметра, велика кількість підшипників та інших механічних пристроїв, що збільшує вагу, габарити, вартість приводу та ускладнює його експлуатацію.
Для забезпечення узгодженого обертання електродвигунів при різних навантаженнях розроблено ряд електричних схем, що дозволяють отримати синхронне обертання електродвигунів без використання механічних пристроїв. Такі схеми називаються системами синхронного обертання. Вони використовуються асинхронні машини, що забезпечують найбільш надійну роботу приводу. Розрізняють системи синхронного обертання з допоміжними машинами, що синхронізують, і без допоміжних машин. До складу будь-якої системи синхронного обертання входять головні електродвигуни, що забезпечують привод механізмів. У системах першої групи з валами головних електродвигунів з'єднуються допоміжні асинхронні або синхронні машини, за допомогою яких здійснюється узгоджене обертання головних електродвигунів.
Усистемах без допоміжних машин узгоджене обертання здійснюється безпосередньо за рахунок головних електродвигунів, з'єднаних певним чином між собою.
Потрібно мати на увазі, що в системах з допоміжними машинами можливе застосування основних електродвигунів будь-якого типу. Однак системи синхронного обертання з головними електродвигунами постійного струму застосовуються порівняно рідко, і тут не розглядаються. Те саме стосується і систем синхронного обертання з допоміжними синхронними машинами, які не забезпечують узгодженого обертання головних електродвигунів у період пуску та гальмування і тому застосовуються дуже рідко.
Для прикладу розглянемо систему синхронного обертання, що складається (рис. 56 а) з двох головних електродвигунів Д 1 і Д 2 і двох допоміжних асинхронних машин А 1 і A 2 . Машина А 1 насаджена на вал головного електродвигуна Д 1 а машина А 2 -на вал електродвигуна Д 2 . Головні електродвигуни можуть бути віддалені один від одного на значну відстань, однак за будь-яких навантажень вони повинні обертатися з однаковими швидкостями. Як головні електродвигуни у схемі використовуються асинхронні короткозамкнуті електродвигуни. Роль допоміжних машин виконують невеликі асинхронні електродвигуни з контактними кільцями; ротори допоміжних машин, як показано на схемі, з'єднані стрічно. Статорні обмотки всіх чотирьох машин живляться від загальної трифазної мережі.
Якщо головні електродвигуни Д 1 і Д 2 однотипні мають однакову навантаження, то обертаються вони з однаковими швидкостями. Допоміжні машини А 1 і А 2 теж мають однакову швидкість і ніяких крутних моментів не створюють. Це пояснюється тим, що обмотки роторів допоміжнихмашин включені назустріч один одному. Внаслідок цього е. е., що наводяться в кожній фазі ротора однієї допоміжної машини, врівноважуються е. д. е., що наводяться у фазах ротора іншої машини. Тому в обмотках роторів допоміжних машин струми відсутні і ніяких моментів, що обертають, машини не створюють, тобто головні електродвигуни, маючи однакові механічні характеристики, будуть обертатися синхронно і без участі допоміжних машин.
У разі збільшення навантаження, наприклад, електродвигун Д 1 швидкість останнього почне знижуватися і між роторами допоміжних машин А 1 і А 2 виникне кут неузгодженості. Через війну е. д. с. їх роторних обмоток врівноважуватися не будуть і в них з'являться зрівняльні струми, що призведе до створення додаткових моментів, що обертають, прикладених до валів I і II.
Неважко довести, що в даному випадку допоміжна машина А 1 споживатиме електроенергію з мережі, а машина А 2 , навпаки, віддавати певну частину електроенергії в мережу. Це означає, що синхронізуюча машина А х створює крутний момент, що збігається з напрямком обертання валу I, а машина А 2 створює момент, спрямований назустріч обертанню вала II. В результаті навантаження між головними електродвигунами Д 1 і Д 2 врівноважуються і швидкість їх обертання практично не зміниться.
У розглянутій схемі ротори синхронізуючих машин А 1 і А 2 обертаються в той же бік, що і магнітні поля статорів, тобто «по полю». Ковзання в цих випадках порівняно невеликі, тому немає підстав очікувати, що допоміжні машини будуть створювати великі синхронізуючі моменти. Справді, величина е. д. с. роторної обмотки асинхронної машини залежить від ковзання. Що менше ковзання, то менше величини е. буд.е., що наводиться в обмотці ротора, і тим менше вирівнювальні струми, що протікають між роторними обмотками допоміжних машин при порушенні рівноваги. З цієї причини синхронізуючі моменти, створювані допоміжними машинами А 1 і А 2 порівняно невеликі і при більшій різниці навантажень між двигунами Д 1 і Д 2 допоміжні машини, включені за схемою, зображеною на рис. 56, а можуть не забезпечити синхронного обертання валів I і II. Цим і пояснюється порівняно рідкісне використання практично розглянутої схеми. Значно частіше застосовується система синхронного обертання асинхронних електродвигунів із допоміжними машинами, що обертаються «проти поля» (рис. 56,б), що отримала назву «електричного валу». Ця схема працює практично так само, як і попередня. Різниця полягає лише в тому, що тут ротори допоміжних машин А1 і А2 під дією головних електродвигунів Д1 і Д2 обертаються в бік, протилежний напряму обертання магнітного поля статора. Тому при неузгодженні системи, коли навантаження на двигуни Д 1 і Д 2 будуть неоднакові, крутні моменти, створювані синхронізуючими машинами, будуть значно вищими, ніж у першому випадку, а це обумовлює більшу надійність схеми та узгодженість обертання головних електродвигунів Д 1 і Д 2 практично при будь-яких навантаженнях.
Схема «електричного валу» забезпечує синхронне обертання головних електродвигунів не тільки при значній різниці моментів статичного опору в електродвигуна і гальмівних режимах роботи, що встановилися, але і при перехідних процесах (під час пусків і реверсів). Однак її головним недоліком є велика кількість електричних машин, що ускладнює привід та збільшує його вартість.
Приневеликій різниці в навантаженнях узгоджене обертання асинхронних електродвигунів може бути досягнуто без використання допоміжних машин, що синхронізують. Для цього головні електродвигуни Д 1 та Д 2 необхідно включати за схемою, показаною на рис. 57. Як і попередніх схемах, статорні обмотки електродвигунів живляться від загальної мережі трифазного струму, а ротори включені назустріч один одному і приєднані до реостату (для збільшення ковзання при різних навантаженнях електродвигунів). Якщо електродвигуни Д 1 і Д 2 навантажені однаково і обертаються синхронно, е. д. с., що наводяться в роторних обмотках, рівні за величиною та спрямовані назустріч один одному.
Якщо через нерівність навантаження один із роторів відстане від іншого, у проводах, що з'єднують ротори, з'явиться зрівняльний струм, який створить для більш навантаженої машини додатковий руховий, а для менш навантаженої машини додатковий гальмівний момент. Останнє призведе до того, що навантаження на електродвигуни стануть рівними і обертатимуться синхронно.
Система синхронного обертання без допоміжних машин відрізняється простотою, забезпечує синхронне обертання головних електродвигунів у руховому режимі і гальмівному режимі противмикання. Проте величина синхронізуючого моменту, як зазначалося, залежить від величини е. д. с. ротора, а остання, своєю чергою, від ковзання, у якому працює машина. Тому при малих величинах ковзання синхронізуючий момент, що створюється електродвигунами, буде малий, і електродвигуни, будучи виведені зі стану синхронної роботи, повернутися в неї не зможуть, оскільки навіть при порівняно невеликій різниці в моментах статичного опору (10-15%) ковзання має бути неменше 20-25%. Тому, щоб електродвигуни оберталися синхронно, необхідно штучно збільшувати їх ковзання введенням додаткових опорів у роторні ланцюги, що призводить до збільшення втрат потужності.
Розглянута система має недоліки. При відключенні електродвигунів від мережі їхнє синхронне обертання порушується. Це призводить до того, що при наступному пуску можуть виникнути неприпустимо великі пускові струми та моменти через можливий значний кут неузгодженості роторів. Для запобігання цьому схему доводиться ускладнювати і вона практично втрачає всі свої переваги. Тому ця схема застосовується порівняно рідко, хоча вартість установки менша за попередню.