Анализ возможных схем синхронизации двигателей механизма передвижения моста.

В ряде случаев между отдельными механизмами одного итого и же агрегата, треб ующими согласованного движения и расположенными на значительном расстоянии, трудно осуществить механическую связь из-за необходимости увеличения диаметра и длины соединительных валов, возрастания числа опорных подшипников и т.д. При передаче значительных вращающих моментов и большой длине вала может возникнуть недопустимое скручивание вала. Иногда конструктивно производственный механизм такой, что механическая передача движения его рабочим органам становится практически невозможной.

Взамен громоздкой механической передачи может быть использована электрическая передача для согласованного вращения отдельных механизмов, которую называют для простоты электрическим валам. Помимо упрощения кинематической схемы механизма электрический вал обычно дает возможность увеличить его угловую скорость, так как при этом снимаются ограничения, обусловленные механическим резонансом, и, кроме того,

упрощается управление механизмом.

Система электрического вала наиболее проста, когда синхронный двигатель через питающую сеть присоединяется к синхронному генератору. Согласованное вращение между синхронным генератором и синхронным двигателем выполняется независимо от расстояния между ними. Два или несколько синхронных двигателей, предназначенных для привода одного механизма и получающих питание от общей сети переменного тока, вращаются с равными или жестко согласованными скоростями, не будучи механически связанными. В обоих случаях имеет место осуществление электрического вала. Однако такая, хотя и простая система электрического вала, не нашла практического применения вследствие того, что в переходных режимах, в частности при асинхронном пуске, возникают существенные рассогласование в угловых скоростях и положении валов отдельных двигателей, поэтому в системах электрического вала наибольшее распространение нашли асинхронные машины. Можно выделить пять основных:

1. Система электрического вала с уравнительными асинхронными машинами

2. Дистанционный электрический вал

3. Асинхронные двигатели с преобразователем частоты

4. Одноякорный преобразователь.

5. Схема с основными рабочими машинами и общими резисторами – рабочий электрический вал

1. Система электрического вала с уравнительными асинхронными машинами. Принципиальная схема электрического вала с уравнительными асинхронными машинами.

Каждый элемент привода состоит из основного (рабочего) двигателя М1 (М2) (двигатель может быть любым в том числе и не электрическим), механически связанного с производственным механизмом ПМ1 (ПМ2), а также со уравнительной вспомогательной машиной ВМ1 (ВМ2).

Рисунок 1.10. Система электрического вала с уравнительными асинхронными машинами.

Уравнительные машины – это обычные асинхронные двигатели с фазным ротором с одинаковым числом фаз, напряжением, обмотками, и числом полюсов; статорные обмотки их параллельно присоединяются к сети переменного тока, роторные соединяются между собой. В обеих уравнительных машинах от сети наводятся одинаковые магнитные поля с равными частотами, временным и пространственным расположением.

Нормальная работа электрического вала требует соблюдения следующих условий:

а) Сумма всех действующих в каждом элементе системы моментов должны быть равны нулю, т.е.

М_дв – М_ст + М_ур = 0 (1.1)

где М_дв – момент, развиваемый рабочим двигателем;

М_ст – статический момент на валу рабочего двигателя;

М_ур – уравнительный момент;

б) Система должна быть статически устойчива, т.е. при небольшом нарушении равновесия вращающие моменты после устранения возмущающего воздействия должны вызвать замедление или ускорения привода, направленное к установлению равновесия;

в) Система должна быть динамически устойчива, т.е. отвечать известным критериям устойчивости, удовлетворять необходимым требованиям качества переходного процесса: обладать допустимыми максимумом амплитуды угла рассогласования и соответственно уравнительного момента и временем переходного процесса.

В рассмотренной системе электрического вала уравнительные моменты могут развивать асинхронный момент только при различных нагрузках на валах отдельных элементов системы; основной ее особенностью является образование синхронизирующего момента, обеспечивающего согласованное вращение.

2. Дистанционный электрический вал.Для обеспечения согласованной работы вспомогательного привода с главным приобрел особо важное значение дистанционный э лектрический вал.

На рисунке представлена схема дистанционного электрического вала. Одна из машин М1 вала – датчик Д – соединена с главным приводным двигателем ДГ, а другая М2 – приемник П1 – соединена с производственным механизмом. К одному датчику могут быть присоединены два приемника и больше с различными нагрузками. Датчик получает необходимую мощность в

основном от главного привода. Приемник как двигатель вращает нагрузку. Датчик работает в режиме асинхронного преобразователя частоты, а приемник как машина двойного питания – в синхронном режиме.

По сравнению с уравнительным валом менее благоприятной для дистанционного вала является работа в направлении против вращающегося поля. Приемник под нагрузкой стремится снизить свою скорость. Вследствие этого возникает угловой сдвиг в направлении вращения поля, так как направление вращения вала противоположно направлению вращения поля. Угол рассогласования приемника при этом положительный, а максимальный синхронизирующий момент – относительно низкий.

Рисунок 1.11. Дистанционный электрический вал.

Недоста тком рассмотренной системы является рассогласование валов упомянутых приводов по углу, возрастает с увеличением нагрузки. Это рассогласование – органическое свойства обычной системы электрического вала, так как момент, развиваемый приемником, возникает только в результате рассогласования и пропорционален синусу угла рассогласования.

3. Асинхронные двигатели с преобразователем частоты. Система синхронного вращения асинхронных двигателей с преобразователем частоты состоит из главного двигателя 1Д, жестко связанного с преобразователем частоты ПЧ, и одного или нескольких асинхронных двигателей с контактными кольцами 2Д и 3Д, не имеющих механической связи.

Рисунок 1.12. Асинхронные двигатели с преобразователем частоты

Из схемы видно, что цепи роторов преобразователя и двигателей 2Д и 3Д электрически связаны. Так как обмотки статоров указанных машин присоединены к одной и той же сети, то э.д.с. роторов одинаковы, и частота тока в цепях роторов так же одинакова. Следовательно, все двигатели будут вращаться с одинаковой скоростью.

Двигатель 1Д может быть как регулируемым, так и нерегулируемым. В последнем случае можно регулировать скорость вращения двигателей, обеспечивая синхронное вращение при различных скоростях. Кроме того, двигатель 1Д, будучи выбран соответствующим образом, может одновременно приводить в действие преобразователь частоты и преодолевать момент нагрузки одного из механизмов производственного агрегата.

Работа системы возможна при вращении ротора преобразователя в направление поля статора или в противоположном направлении. Так же как для системы с вспомогательными машинами, здесь при вращении ротора преобразователь частоты в направлении вращения поля уравнительные моменты, развиваемее двигателем, невелики. Поэтому для получения возможности синхронной работы со сравнительно большими расхождениями в нагрузках на отдельных валах системы осуществлять вращение ротора преобразователя частоты в направлении, противоположном направлению вращения поля.

Мощность, потребляемая из сети преобразователем частоты, за вычетом потерь, равна суммарной мощности всех двигателей, кроме главного двигателя 1Д. Мощность главного двигателя равна суммарной мощности, развиваемой всеми двигателями системы с добавлением мощности, отдаваемой двигателем 1Д производственному механизму.

4. Одноякорный преобразователь. Система синхронного вращения с коллекторными машинами постоянного тока, разработанная акад. К.И. Шенфером, состоит из двух машин постоянного тока параллельного возбуждения. Обе машины могут иметь различные нагрузки на валах, но должны вращаться синхронно. В рассматриваемой схеме якорные обмотки имеют дополнительные выводы на три кольца.

Рисунок 1.13. Одноякорный преобразователь.

Машина указанной конструкции является одноякорным преобразователем, в котором сочетается две машины: постоянного тока и

синхронная переменного тока. Синхронная связь здесь осуществляется по

средствам соединения между собой колец машин аналогично системе с вспомогательными синхронными машинами.

Недостатком системы с машинами постоянного тока является отсутствие синхронн ой связи в начальный момент пуска и в конце торможения. Кроме того системы с коллекторными машинами постоянного тока подобно одноякорным преобразователям склонны к выпаданию из синхронизма при внезапном изменении нагрузки.

5. Схема с основными рабочими машинами и общими резисторами – рабочий электрический вал. Вместо двух уравнительных машин возникла идея создания такой системы, в которой одна и та же машина выполняла бы задачу приводного двигателя и синхронизирующего устройства. Такой является система электрического вала, состоящая из двух (или нескольких) одинаковых асинхронных машин с фазным ротором, статорные цепи которых подключены параллельно питающей сети, а роторные обмотки соединены встречно и параллельно этим соединениям включены во все три фазы регулируемые резисторы. Иногда эту систему называют рабочим электрическим валом потому, что в ней одна и та же машина выполняет рабочую и синхронизирующие функции. Влияние регулируемых добавочных резисторов весьма существенно, при R = 0 электрический вал превращается в обычный, независимо работающие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если сопротивление близко к бесконечности, электрические машины работают в режиме сельсинной передачи угла.

Если нагрузки на валу машин окажутся разными, то уравнительный момент будет разгружать машину с большей нагрузкой и подгружать менее нагруженную машину. При этом нагрузки на обеих машинах окажутся равными, а угловые скорости одинаковыми, но появится угол рассогласования в положении роторов двигателей.

Условием установившегося режима работы является равновесие приводных и нагрузочных моментов, при этом ни одна из машин не испытывает ускорения или замедления.

В практически важном диапазоне скольжении (от s = 0,1 до s = 0,3) при уменьшении сопротивления резисторов, уравнительный момент снижается лишь незначительно, хотя уже и создаются значительные моменты, эта особенность весьма благоприятствует обеспечению необходимых моментов на рабочих механизмах.

Рисунок 1.14. Схема с основными рабочими машинами и общими резисторами – рабочий электрический вал

Когда на обоих валах моменты инерции равны, условия работы аналогично электрическому валу с уравнительными машинами. Статическая устойчивость в случае сильно различающихся моментов инерции для уравнительных моментов определяется исключительно нагрузкой машин с малым моментом инерции. Этот привод может нагружаться максимально вплоть до его критического момента. За этим пределом статически устойчивая работа невозможна.

Рабочий электрический вал может применяться лишь при небольшой разнице статических моментов, приложенных к разным валам. Кроме того, из-за наличия постоянно включенных резисторов КПД этого вала оказывается низким и ухудшается использование машин. Так же при отключении двигателей от сети синхронное вращение нарушается. Из-за возможного значительного угла рассогласование роторов могут возникнуть при последующем пуске большие пусковые токи и моменты, устранение которых требует усложнение схемы.

Вывод: на основании анализа возможных схем синхронизации оптимальным вариантом является схема электрического вала. Так как при выборе этой схемы управления затраты на модернизацию будут минимальны, потому что не требуется закупки дополнительного оборудования, а все затраты состоят из перемонтажа оборудования крана.

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Дата добавления: 2015-08-10