Регулирование скорости в системе «генератор — двигатель» (Г-Д)

Система Г-Д как минимум состоит из трех электрических машин:

• 1. Исполнительного электродвигателя М 2, приводящего в действие механизм;
• 2. Генератора G1, питающего исполнительный ЭД;
• 3. Приводного электродвигателя Ml, вращающего якоря генератора G1 и образующего с ним так называемый преобразователь.

Машины М 2 и G1 — постоянного тока с независимым возбуждением.

Несмотря на это, система Г-Д может применяться при любом роде тока питающей сети.

Если сеть постоянного тока, то в качестве приводного двигателя М 1 применяют ЭД параллельного возбуждения, а обмотки возбуждения всех машин получают питание от сети.

Если сеть переменного тока, используют асинхронный приводной ЭД. Для питания обмоток возбуждения L1G1 и LM2 в этом случае применяют четвертую машину — возбудитель G2. Это небольшой генератор постоянного тока с самовозбуждением. Он приводится во вращение тем же приводным электродвигателем М 1, что и генератор G1 (рис. 3).

Рис. 3. Схема системы генератор-двигатель

Система действует следующим образом.

Сначала пускают приводной ЭД М 1, якорь которого затем вращается постоянно в одну сторону с неизменной скоростью. Потом при помощи регулировочного резистора (реостата возбуждения) RP3 возбуждают возбудитель G2, создающий неизменное напряжение.

От него получают питание независимые обмотки возбуждения исполнительного электродвигателя LM2 и генератора L1G1.

В цепь первой включен регулировочный резистор RP2, в цепь второй — регулировочный резистор RP1 и переключатель SA, изменяющий направление тока в обмотке L1G1.

Перед пуском резистор RP1 должен быть полностью введен в цепь, а резистор RP2 — выведен.

Для пуска М 2 переключатель SA устанавливают в одно из рабочих положений и постепенно выводят резистор RP1, увеличивая этим ток возбуждения в обмотке L1G1.

Последний возбуждается и подает плавно возрастающее напряжение на якорную обмотку М 2. По цепи якорей G1 и М 2 протекает ток.

Так как М 2 возбужден, его якорь начинает вращаться, и по мере возрастания напряжения, подведенного к его якорю, увеличивается угловая скорость. При полностью выведенном резисторе RP1 напряжение G1 и угловая скорость М 2 номинальные.

Для реверса переключателем SA изменяют направление тока в обмотке возбуждения L1G1. Генератора изменяет полярность напряжения, ток якорной цепи изменяет направление, и исполнительный двигатель М 2 реверсируется.

Регулирование скорости вниз от номинальной выполняют, вводя в цепь обмотки возбуждения L1G1 регулировочный резистор RP1. Ток возбуждения, магнитный поток и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого снижается напряжение, подведенное к обмотке якоря М 2, и его угловая скорость уменьшается (характеристики 3, 2 и 1 на рис. 4).

Регулирование скорости вверх от номинальной осуществляют, вводя в цепь обмотки возбуждения М 2 регулировочный резистор RP2, что уменьшает ток и поток возбуждения, при этом скорость ЭД увеличивается (характеристики 5, 6 и 7 на рис. 4).

Рассмотренная система называется «система Г — Д в чистом виде» и на практике не применяется. Это объясняется тем, что при работе с номинальным напряжением на якоре М 2 внезапная остановка этого якоря (например, под винт попала льдина) приводит к резкому увеличению тока якорей двигателя М 2 и генератора G1 до значения, равного пусковому.

Кроме того, такое увеличение тока приводит к увеличению нагрузки на приводной двигатель генератора. Это особенно опасно, если генератор G1 приводится во вращение дизелем. Как известно, дизели крайне чувствительны к перегрузкам (не более 10% мощности в течение 1 часа).

Поэтому на судах применяют систему Г-Д с противокомпаундным генератором. Она отличается от системы Г-Д в чистом виде тем, что генератор, помимо независимой обмотки возбуждения L1G1, снабжен еще одной обмоткой возбуждения — противокомпаундной обмоткой L2G1, включенной последовательно в цепь якоря G1 и выполняющей функции жесткой обратной связи по току (на рис. 3 место включения обмотки L2G1 по казана при помощи стрелок, т. е. последовательно в цепь главного тока).

Ее намагничивающая сила Fнаправлена встречно намагничивающей силе F обмотки независимого возбуждения L1G1, т. е. она действует на генератор размагничивающее.

Общий магнитный поток возбуждения генератора создается разностью намагничивающих сил обеих обмоток.

При нормальной нагрузке намагничивающая сила обмотки L1G1 значительно больше, чем обмотки L2G1, и генератор развивает ЭДС, как в обычной системе Г-Д.

При перегрузке разность намагничивающих сил обмоток уменьшается, магнитный поток и ЭДС генератора снижаются, напряжение, подведенное к ЭД, падает, и угловая скорость ЭД становится меньше.

При остановке якоря исполнительного двигателя М 2 ЭДС генератора G1 настолько уменьшается, что ток стоянки оказывается в пределах кратковременно допустимого, обычно равного (2,2…2,5) I.

Система Г-Д обладает исключительно хорошими регулировочными свойствами и позволяет регулировать скорость в пределах 1: 30. Регулирование получается плавным, так как из-за сравнительно небольших токов возбуждения можно сделать регулировочные резисторы с большим количеством ступеней.

Систему Г — Д применяют в электроприводах мощностью более 75…80 кВт — тяжеловесных лебедках и кранах, брашпилях, а также на судах с ГЭУ для привода гребного винта.

Существенный недостаток системы Г — Д — большое количество установленных электрических машин.

Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от рассмотренной системы Г — Д к т.н. системам «управляемый вентильный преобразователь — двигатель», или, сокращенно, системам УВП — Д (рис. 5).