Глава шестая. Электрическая часть силового канала электропривода
Электрическая часть силового канала ЭП включает в себя преобразователи электрической энергии и электромеханический преобразователь ЭМП. Благодаря преобразователям электрической энергии электропривод приобретает новые электромеханические свойства: пусковые, регулировочные и тормозные.
Преобразователи электрической энергии подразделяются на электромеханические и статические. Электромеханические – это мотор – генераторные установки, включая и дизельные. Статические преобразователи это преобразователи с магнитными усилителями, ртутно – преобразовательные агрегаты и, наконец, преобразователи с полупроводниковыми приборами – выпрямители, инверторы.
6.1. Электромашинные преобразователи электрической энергии. Система г - д
В 20-м столетии в регулируемом электроприводе нашли широкое применение электромашинные преобразователи для питания двигателей постоянного тока независимого возбуждения, так называемые системы Г-Д (рис. 6.1). Примерами применения таких систем можно назвать электроприводы мощных обжимных прокатных станов (слябинги, блюминги), станы холодной прокатки, электроприводы основных механизмов конверторных цехов и т.п.
В
схеме рис. 6.1. генератор постоянного
тока независимого возбуждения приводится
во вращение асинхронным или синхронным
двигателем М с
.
Якорные
цепи генератора Г и двигателя Д соединены
непосредственно, а обмотки их возбуждения
питаются от возбудителей
В1, В2, как правило выполненных на
вентильных преобразователях.
ЭДС генератора определяется по формуле
,
где
– конструктивный коэффициент генератора.
Рис. 6.1. Принципиальная схема включения двигателя по системе Г-Д
Т.к. , то ЭДС генератора пропорциональна магнитному потоку , который определяется величиной тока возбуждения .
Для силовой цепи Г-Д можно составить уравнение равновесия ЭДС
,
(6.1)
а
с учётом того, что
.
Откуда угловая скорость двигателя Д определяется уравнением
,
(6.2)
где
– соответствующее сопротивление
генератора и двигателя.
Так
как
,
то
уравнение механической характеристики
системы г-д
запишется в виде
. (6.3)
Механические
характеристики двигателя в системе Г-Д
при неизменном магнитном потоке 
двигателя и изменении потока 
генератора
(тока возбуждения 
)
без учёта реакции якоря представляют
собой семейство линейных характеристик
с одинаковым модулем жёсткости
, (6.4)
и которые представлены на рис.6.2.
Механические
характеристики двигателя в системе Г
- Д, показанные на рис. 6.2 при
<
<
,
полученных
для различных токов возбуждения
двигателя, обладают меньшей жёсткостью,
чем естественная, а скорость идеального
х.х. двигателя
определяется
величиной ЭДС генератора и величиной
магнитного потока двигателя.
Таким образом, в системе Г - Д имеются два канала управления скоростью двигателя.
Двигатель,
включенный по системе Г - Д, может работать
и в тормозных режимах. Режим динамического
торможения осуществляется при
.
Соответствующая этому режиму характеристика
проходит через начало координат.
Торможение
противовключением возникает при условии,
что
,а
скорости
и
имеют
разные
знаки, т.е.
.
Соответствующие
характеристики режима противовключения
лежат в зоне между осью абсцисс и
характеристикой динамического торможения
(заштрихованная область на рис. 6.2).
Рис. 6.2. Механические характеристики в системе Г-Д
Режим
рекуперативного торможения осуществляется
при условии
>
или
<
.
Характерной
особенностью рассматриваемой системы
является возможность рекуперации
энергии при относительно низкой угловой
скорости двигателя, что, например,
позволяет осуществить тормозной спуск
грузов при пониженной скорости с
рекуперацией энергии в сеть в приводах
подъёмных механизмов (точка в четвёртом
квадранте рис. 6.2).
Основными недостатками системы Г-Д являются:
1. Двухкратное преобразование энергии – электрическая энергия переменного тока преобразуется в механическую, а механическая – вновь в электрическую энергию постоянного тока регулируемого напряжения, что обуславливает относительно высокие потери и низкий КПД (0,85-0,9).
2. Установленная мощность электрических машин определяется выражением
,
что определяет высокие капитальные и эксплуатационные затраты на такую систему.
3. Преобразователь вращающийся со всеми вытекающими последствиями (шум, вибрации, дорогие фундаменты).
Появление во второй половине 20-го столетия и дальнейшее развитие силовой полупроводниковой техники позволило создать статические преобразователи (выпрямители) практически на любую мощность, напряжение и токи.