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.
