Системы «преобразователь-двигатель постоянного тока»

Общие положения

Для регулирования скорости двигателя постоянного тока по цепи обмотки якоря изменением напряжения используются регулируемые преобразователи различной физической природы:

• • электромашинные, выполняемые по системе «генератор-двигатель» ;
• • полупроводниковые с тиристорными преобразователями переменного напряжения в регулируемое постоянное, выполняемые по системе тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д);
• • полупроводниковые с транзисторными регуляторами напряжения, выполняемые по системе «широтно-импульсный преобразовательдвигатель» (ШИП-Д).

Система «генератор-двигатель»

Система Г-Д постоянного тока устарела и морально, и технически, не используется в новых разработках с 80-х годов XX века, однако продолжает эксплуатироваться в установках большой мощности, например, в электроприводах клетей прокатных станов и экскаваторах.

Схема силовых цепей системы Г-Д приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема силовых цепей системы «генератор-двигатель» .

В системе Г-Д двигатель М получает питание по цепи обмотки якоря от отдельного генератора G. Генератор G вращается синхронным ?1 или асинхронным двигателем. В случае применения синхронного двигателя в качестве приводного двигателя (гонника) он, как правило, работает с опережающим cos ?, что позволяет компенсировать реактивную мощность предприятия.

Управление процессами пуска, реверса и торможения в системе Г-Д перенесено из силовой якорной цепи в маломощные цепи обмоток возбуждения электрических машин. Регулируя напряжение, подводимое к обмотке возбуждения генератора LG, можно изменять его ЭДС:

(4.1).

где - конструктивный коэффициент генератора постоянного тока.

Из (4.1) следует, что при постоянной скорости вращения генератора G его ЭДС будет определяться потоком возбуждения , который регулируется путем изменения напряжения , подводимого к обмотке возбуждения генератора.

Уравнения электромеханической и механической характеристик электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения, работающего в системе Г-Д, определяются выражениями (3.29) и (3.30):

Анализ уравнения (3.29), описывающего электромеханические характеристики электропривода, показывает, что характеристики системы Г-Д при изменении потока возбуждения генератора Фг или его ЭДС представляют взаимно параллельные прямые линии, жесткость которых остается постоянной и определяется суммарным сопротивлением обмоток якоря генератора и двигателя. Эти характеристики располагаются в так называемой первой зоне I регулирования скорости при переменном напряжении обмотки возбуждения генератора. При изменении полярности напряжения обмотки возбуждения генератора, как следует из (4.1), меняется полярность его ЭДС и, как следствие, направление вращения электродвигателя М. Семейство электромеханических характеристик системы Г-Д приведено на рис. 4.2.

Электромеханические и механические характеристики электропривода, выполненного по системе Г-Д, располагаются в четырех квадрантах. При переходе электродвигателя в режим рекуперативного торможения, то есть при угловой скорости, большей скорости идеального холостого хода , генератор G начинает работать электродвигателем, вращая гонник ?1, который в свою очередь становится генератором, работающим параллельно с сетью.

Рис. 4.2. Семейство электромеханических характеристик системы «генератор-двигатель» .

Система Г-Д может работать и во второй зоне II регулирования скорости. Электромеханические характеристики при работе электропривода во второй зоне с переменным потоком возбуждения двигателя М () приведены на рис. 4.2 как для положительного, так и для отрицательного направления вращения двигателя. На рис. 4.2 показана пунктиром естественная электромеханическая характеристика двигателя.

В отличие от релейно-контакторных схем управления двигателями постоянного тока, в системе Г-Д отсутствуют громоздкие пусковые реостаты, а также потери энергии в них при пусках, реверсах, торможении, а также при регулировании скорости. Диапазон регулирования скорости обычно не превышает

Основной недостаток систем Г-Д — два вращающихся агрегата в преобразователе. Общая мощность электрических машин превышает в три раза мощность исполнительного двигателя.