Содержание
Работа электродвигателей на общий вал
Привод некоторых механизмов осуществляется посредством двух электродвигателей, валы которых механически связаны между собой. Соединяться валы могут либо абсолютно жестко, посредством муфты, либо через зубчатые передачи, но с передаточным отношением между валами электрических машин, равным единице. Как правило, электродвигатели выбирают одного типа, мощности и с равными скоростями вращения.
Такие системы электропривода очень часто используют в тех случаях, когда необходимо уменьшить маховый момент системы, когда габариты системы не позволяют установить один электродвигатель на полную мощность, когда для получения пониженных скоростей или улучшенных тормозных характеристик электропривода целесообразней использовать специальные механические характеристики двух электродвигателей, один из которых работает в двигательном режиме, а второй в тормозном.
При работе электрических машин на общий вал возникает вопрос о равном распределении нагрузок между ними.
В случае использования электродвигателей одинаковой мощности равное распределение нагрузок между ними возможно только в случае строгой идентичности их механических характеристик. Рассмотрим это на классическом примере электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения. Представим, что электрические машины питаются от одной сети, то есть напряжение, подводимое к их зажимам, будет одинаково. Тогда получим следующее выражение:
Так как электрические машины по своим номинальным данным предполагаются совершенно идентичными, то число полюсов в них одинаковое, а обмотки якорей имеют одно и то же число витков и параллельных ветвей и, следовательно, kE1 = kE2.
Для того, чтобы всегда соблюдалось равенство нагрузок (I1 = I2), электродвигатели должны иметь одинаковые сопротивления в цепи якорей (rя1 = rя2) и одинаковые магнитные потоки. Говоря другими словами – электрические машины должны иметь равные скорости идеального холостого хода и одинаковые углы наклона механических характеристик, то есть механические характеристики должны быть абсолютно идентичными.
Из рисунка ниже следует, что как неравенство магнитных потоков, так и неравенство сопротивлений якорных цепей приводит к неравномерному распределению нагрузок:
Особенно нежелательно иметь разные скорости идеального холостого хода. В таком случае одна из машин может работать даже в тормозном режиме, создавая дополнительный момент нагрузки для второй машины, как это показано на рисунке ниже:
Необходимо иметь в виду, что даже у электродвигателей одинаковой мощности и одного и того же конструктивного исполнения механические характеристики могут отличаться вследствие неравенства воздушных зазоров, различного сопротивления цепей якоря из-за неодинаковой длины соединительных проводов и так далее.
Углы наклона характеристик могут быть выравнены путем ведения добавочного сопротивления в цепь якоря электрической машины, имеющей меньшую крутизну характеристики. Неравенство скоростей идеального холостого хода может быть устранено введением добавочного сопротивления в цепь возбуждения.
Однако при этом одновременно изменяется и наклон механической характеристики. Иногда для обеспечения более близких друг к другу величин магнитных потоков обмотки возбуждения обеих машин соединяются последовательно. Обмотки возбуждения при этом должны быть рассчитаны на напряжение, равное половине напряжения питающей сети.
Последовательное соединение якорей машин независимого возбуждения при равных магнитных потоках, естественно, приводит к полному выравниванию моментов. Так как в этом случае якоря всегда обтекаются одним и тем же током, а скорости вращения вследствие жесткой связи валов строго одинаковы, то электродвигатели вынужденно работают на одной общей для них механической характеристике. Эта характеристика должна лежать между естественными характеристиками обоих электродвигателей. Смещение механических характеристик происходит за счет перераспределения напряжений на щетках электродвигателей.
В ряде случаев для обеспечения выравнивания нагрузок используют электрические машины, имеющие кроме обмотки независимого возбуждения, по две одинаковые последовательные обмотки.
В цепь каждого электродвигателя включается две последовательные обмотки: встречно-включенная данной машины и согласно-включенная другой машины. При увеличении нагрузки одной из электрических машин ее ток будет усиливать собственное магнитное поле, вызывая увеличение ЭДС, и ослаблять магнитный поток другой электрической машины, уменьшая ее ЭДС и увеличивая нагрузку.
Электродвигатели последовательного возбуждения имеют «мягкие» механические характеристики, и условия распределения нагрузок при работе на один вал в этом случае более благоприятны (рисунок ниже):
Работа асинхронных электродвигателей протекает примерно в тех же условиях, как и электрических машин постоянного тока независимого возбуждения. Однако в этом случае возможно только неравенство углов наклона механических характеристик. Скорости идеального холостого хода, определяемые скоростью вращения магнитного поля, при одинаковом числе полюсов обмоток статоров и при питании от общей сети строго одинаковы.
При использовании электродвигателей различной мощности необходимо обеспечить распределение моментов между машинами пропорционально номинальной мощности.
Для этого у электрических машин меньшей мощности крутизна характеристики должна быть больше.
Распределение нагрузок в неустановившемся режиме зависит еще от ряда дополнительных условий: соотношения значений индуктивностей цепей электродвигателей, одновременности работы аппаратуры управления – реле и контакторов. Для исключения влияния нечеткости работы аппаратуры управления отдельных электрических машин часто переключения в цепях всех электродвигателей осуществляется одновременно посредством общих для всех электрических машин многокотнактных аппаратов.
Синхронное вращение двух асинхронных электродвигателей в системе электропривода
Строительные машины и оборудование, справочник
Категория:
Электрооборудование строительных машин
Публикация:
Синхронное вращение двух асинхронных электродвигателей в системе электропривода
Читать далее:
Основные сведения по механике электропривода
Синхронное вращение двух асинхронных электродвигателей в системе электропривода
Схема синхронного вращения при двух асинхронных двигателях с общим реостатом.
Эта схема представлена на рис. 36; она состоит из двух асинхронных электродвигателей, статорные обмотки которых подсоединены к общей сети, а обмотки роторов присоединены параллельно к сопротивлению Ra. Необходимую устойчивость работы можно получить только при больших нагрузочных моментах, т.е. при больших величинах скольжения (что приводит к значительным потерям энергии в реостате), и при сравнительно небольшой разнице между нагрузочными моментами. Наличие сопротивления постоянно включенного во вторичную цепь, не позволяет рационально использовать двигатели, так как скорость вращения понижается и величина к. п. д. установки уменьшается. Постоянная схема может работать только при одинаковых параметрах обоих двигателей.
Рис. 36. Схема синхронного вращения двух асинхронных двигателей с общим реостатом
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Рис. 37. Механические характеристики совместной работы двух асинхронных двигателей на общий вал
Совместная работа электродвигателей на общий вал с жесткой механической связью между двигателями.
В строительной практике иногда прибегают к устройству электропривода с установкой двух двигателей на одном общем валу (мощные экскаваторы, крупные виброплощадки и др.).
Механическая характеристика такого привода представляет собой сумму характеристик отдельных двигателей.
В большинстве случаев асинхронные двигатели переменного тока одинаковой номинальной мощности имеют различные механические характеристики. На рис. 37 приведены механические характеристики двух двигателей 1 и 2 и общая характеристика привода 3. При каком-либо нагрузочном моменте, например Мл, привод будет вращаться со скоростью щ об/мин. Проведя горизонталь через точку А, найдем моменты М\ и Мг, развиваемые при этом двигателями. Как видно, больший момент нагрузки будет иметь двигатель с более жесткой механической характеристикой, что может вызвать его перегрев. Поэтому при установке двигателей, одинаковых по мощности, но с различными механическими характеристиками, необходимо во вторичную цепь двигателя с более жесткой характеристикой включать активное сопротивление соответствующей величины.
Таким путем можно добиться того, что двигатели будут развивать одинаковые моменты в значительном диапазоне нагрузки.
Если для совместной работы устанавливаются электродвигатели различной номинальной мощности, то следует тщательно подобрать соответствующей величины добавочное сопротивление в цепи ротора одного из них.
Схема синхронного вращения с асинхронными вспомогательными машинами. Эта система включает два или несколько элементов, каждый из которых в свою очередь состоит из главного или рабочего двигателя и жестко связанной с ним вспомогательной машины. Отдельные элементы системы не имеют механической связи между собой. Наиболее простой является система из двух элементов. Каждый элемент состоит из главного приводного двигателя, связанного с валом производственного механизма, и вспомогательной или синхронизирующей электрической машины.
Вспомогательные или синхронизирующие машины служат для синхронизации хода валов двух производственных механизмов. Данная система синхронного вращения двигателей является устойчивой при различных нагрузках на валы производственных механизмов.
Недостаток ее — необходимость иметь дополнительные машины, которые удорожают установку и усложняют ее эксплуатацию.
Рекламные предложения:
Читать далее: Основные сведения по механике электропривода
Категория: —
Электрооборудование строительных машин
Главная → Справочник → Статьи → Форум
Машиностроение — Эффективные способы привода одного вала несколькими двигателями?
спросил
Изменено
1 месяц назад
Просмотрено
48 тысяч раз
$\begingroup$
Чтобы избежать вопроса «почему бы не использовать двигатель большего размера», я являюсь школьным наставником команды робототехники FTC (First Tech Challenge) с небольшим опытом работы в области мягкой механики и аппаратного обеспечения.
Они несколько ограничены в том, что им разрешено использовать, в частности, двигатели. До 8 двигателей постоянного тока 1,5 фут-фунт 12 В, макс.
В этом году они столкнулись с проблемой увеличения подъемной силы, с которой могла бы помочь передача, но для получения подъемной силы требовалось много скорости, что в очень коротком (~ 2 минуты) соревновании было дорогостоящим обменом. выключается, когда возникает необходимость часто подниматься и опускаться.
Возможности, которые я рассматривал (у меня пока не было времени возиться с ними, но я пытаюсь исследовать и получить информацию от инженеров лучше меня..)
- Наличие двух двигателей, напрямую приводящих в вал кажется первым очевидным ответом, но подвержен ошибкам (выскальзывание из синхронизации и потенциальное скрежетание).
- Два двигателя, приводящие в движение два отдельных шкива на ведомом валу, которые теоретически должны набирать мощность без проблем с заклиниванием шестерни.
Я планирую, чтобы дети поэкспериментировали и проверили, но так как мой опыт в МЭ крайне слаб, я прошу совета.
- машиностроение
- шестерни
- робототехника
- двигатели
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Хотя механический дифференциал делает то, что вы просите, на самом деле он вам не нужен.
Два одинаковых электродвигателя можно соединить на одном валу. Нет никакого «выскальзывания из синхронизации», потому что в первую очередь нет проблемы с синхронизацией. Управляйте двумя двигателями одинаково, и оба они будут развивать близкий к одному и тому же крутящий момент. Один будет иметь немного больший крутящий момент, чем другой, но два крутящих момента все равно складываются. В небольшом несоответствии нет ничего плохого.
В худшем случае вы крутите один мотор на полную мощность, а другой нет. Неприводной двигатель просто добавит небольшую фрикционную нагрузку на вал, пока его электрические соединения остаются открытыми.
Пока вы крутите каждый двигатель достаточно сильно, чтобы он вращался с этой скоростью вала без нагрузки, это ничего не замедлит. Вам придется управлять двумя двигателями значительно по-разному, чтобы один добавил крутящий момент на вал, а другой добавил сопротивление.
Предполагается, что у вас нет контроллера с обратной связью, который пытается регулировать скорость двигателя. Пока ваш контроллер изменяет только эффективное эквивалентное напряжение, которое видит двигатель, прямое соединение двух двигателей нормально.
$\endgroup$
6
$\begingroup$
Дифференциал — это механическое устройство, предназначенное именно для того, что вы предлагаете. Это позволит двум двигателям вращаться с несколько разной скоростью, сохраняя при этом общую мощность. Чаще всего дифференциал используется в трансмиссии автомобиля, в котором он используется для привода обоих колес от одного двигателя, при этом позволяя колесам вращаться с разной скоростью, т.
Е. Действуя в обратном направлении от приложения, которое вы ищете. .
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Соединение двух двигателей раньше было проблемой. Они уравновешивали бы их, контролируя потребляемый ток между ними и баланс. Соединение двух двигателей больше не является проблемой с появлением цифровых приводов, которые могут соединяться друг с другом. Это решает старую муфту двух валов с домкратом.
$\endgroup$
$\begingroup$
Электродвигатели (постоянного тока) при использовании в троллейбусах не были на одном валу, но все же должны были работать вместе и оставаться «синхронно». Обычно они соединялись последовательно для получения наилучшего пускового момента, а когда тележка двигалась, снова соединялись параллельно.
Из этого следует, что какое бы решение вы ни выбрали для привода с одним валом — я предпочитаю оба двигателя на одном валу — вы должны следовать аналогичному плану, чтобы обеспечить наиболее полезные рабочие характеристики.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Если вы используете один и тот же двигатель, а затем ремень для их привода, проблем не должно быть, или даже два ремня будут еще меньшей проблемой
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Дифференциальный привод работает не совсем так, как ожидалось
- автор:
Брайан Кокфилд
Объединить два двигателя в общий привод — достаточно простая задача. Используя что-то вроде цепи или ремня, чтобы соединить их, или даже поместив их на один и тот же вал, крутящий момент можно эффективно удвоить без особых хлопот. Но найти способ сохранить одинаковый крутящий момент при добавлении скоростей двигателей, а не крутящих моментов, немного сложнее. [Леви Янссен] рассказывает нам о своем прототипе коробки передач, который пытается сделать именно это, хотя не все работает точно так, как он предсказывает.
Прототип основан на тех же принципах, что и дифференциал, но имеет обратное направление потока мощности. В чем-то вроде автомобиля один входной сигнал от карданного вала направляется на два выходных вала, скорость которых может различаться.
В этом дифференциальном приводе два входных вала с различными скоростями приводят в движение один выходной вал, скорость которого является суммой двух входных скоростей. Это не только позволило бы получить более высокую выходную скорость, чем любой из двух двигателей, но теоретически это могло бы обеспечить произвольно точное управление скоростью, вращая два двигателя в противоположных направлениях.
В первой конструкции используются два двигателя BLDC, соединенные с собственными циклоидальными приводами. Каждый двигатель помещен в корпус, который может вращаться, и корпуса соединены друг с другом ремнем. Это позволяет вторичному двигателю вращать корпус основного двигателя, не влияя на фактическую скорость вращения основного двигателя. Это все, что нужно понять, но просмотр видео один раз (или два) определенно помогает осознать это.
Испытания привода пошли не совсем так, как планировалось, когда [Леви] дошел до измерения крутящего момента. Оказывается, крутящий момент нельзя суммировать так, как он ожидал, хотя привод по-прежнему способен увеличивать скорость выше, чем любой из двух двигателей.
