4.4.1. Система генератор — двигатель'

Принципиальная схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением по системе Г—Д приведена на рис. 4.7. Генератор приводится во вращение асинхронным или синхронным двигателемСД; питание цепей возбуждения генератора Г и исполнительного двигателя Д осуществляется от независимого источника постоянного тока.

ЭДС генератора определяется по формуле

,

где — коэффициент, зависящий от конструктивных данных генератора.

ЭДС генератора определяется магнитным потоком, который регулируется током возбуждения.

Уравнение электрического равновесия якорной цепи имеет вид или.

Отсюда угловая скорость двигателя .

Электромеханические и механические характеристики двигателя при неизменном потоке двигателя и изменении потока генератора представляют собой семейство линейных характеристик (рис. 4.8), наклон которых остается постоянным и определяется общим сопротивлением якорной цепи.

Отрицательное значение ЭДС генератора легко может быть получено при реверсировании тока возбуждения изменением полярности напряжения возбуждения генератора.

Механические характеристики двигателя располагаются в четырех квадрантах; основным достоинством этой системы является плавность регулирования, которая осуществляется воздействием на цепь возбуждения.

Система Г—Д может обеспечить двухзонное регулирование угловой скорости: до основной скорости изменением ЭДС генератора при постоянном потоке двигателя, а выше основной - регулированием тока возбуждения двигателя при постоянной ЭДС генератора, равной номинальному значению.

Характеристики, соответствующие первой зоне регулирования, показаны на рис. 4.8 сплошными линиями, а второй зоне —штриховыми.

Кнедостаткам системы Г—Д относятся:

1) необходимость в двукратном преобразовании энергии (из электрической энергии переменного тока в механическую и из механической вновь в электрическую постоянного тока регулируемого напряжения), что приводит к значительному снижению КПД;

2) наличие двух машин в преобразовательном агрегате, установленная мощность каждой, если пренебречь потерями в машинах, равна установленной мощности регулируемого двигателя;

3) значительные габариты и масса установки, необходимость в фундаменте для преобразовательного агрегата;

4) высокие капитальные и эксплуатационные расходы.

4.4.2. Регулирование скорости двигателя постоянного тока по системе тп-д

Принципы работы статических преобразователей, преобразующие переменное напряжение в регулируемое постоянное, и схемные решения подробно рассмотрены в специальных курсах. Поэтому в настоящем параграфе этих вопросов касаться не будем.

Принципиальная схема системы ТП-Д и схема замещения приведены на рис. 4.9. Согласно схеме замещения можно записать уравнение электрического равновесия

или ,

где - ЭДС двигателя;- ЭДС преобразователя;- среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя и полностью открытых тиристорах; - действующее значение переменного фазного напряжения; т - число фаз выпрямителя; - эквивалентное сопротивление якорной цепи;- соответственно приведенные к вторичной обмотке индуктивное сопротивление обмоток фазы трансформатора и их активное сопротивление;. — активное сопротивление сглаживающего реактора.

Уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя независимого возбуждения, питаемого от тиристоного преобразователя,

, .

Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения, управляемого тиристорным преобразователем, напоминают характеристики в системе Г—Д (рис. 4.10), однако они отличаются рядом особенностей.

Характеристики имеют меньшую жесткость за счет большего падения напряжения в якорной цепи; при различных углах включения наклон их остается постоянным. При конечных значениях индуктивности сглаживающего реактора и малых нагрузках наступает режим прерывистых токов, при котором имеет место резкий подъем характеристик.

В режиме гранично-непрерывного тока величина определяется уравнением

,

где - эквивалентная индуктивность якорной цепи;

- индуктивность якоря двигателя

;

- коэффициент, для двигателей с компенсационной обмоткой ; для двигателей без компенсационной обмотки;

- число пар полюсов;

- индуктивность фазы приведенного трансформатора

;

- частота сети.

Скорость идеального холостого хода в прерывистом режиме можно найти по уравнениям:

при ;

при ,

где- линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

В системах ТП-Д с нереверсивными преобразователями двигатель может работать в двигательном режиме и режиме торможения противовключением (за счет активного момента, например, при спуске груза, рис 4.11) при неизменном направлении тока в якорной цепи. Когда возникает необходимость реверсирования двигателя, можно изменять полярность на выводах якоря при неизменном направлении тока возбуждения или применять реверсивные схемы преобразователей.

В схемах электропривода с реверсивными преобразователями двигатель может работать в двигательном режиме и в режиме рекуперативного торможения.

Механические характеристики системы ТП-Д с реверсивным преобразователем и согласованным управлением групп вентилей (, гдеи- углы управления групп вентилей “вперед” и ”назад”) приведены на рис. 4.12

Коэффициент полезного действия тиристорного преобразователя определяется произведением КПД трансформатора и вентилей. Коэффициент полезного действия трансформатора средней и большой мощности при номинальной нагрузке примерно равен 0,95—0,98. Коэффициент полезного действия тиристорного преобразователя определяется прямым падением напряжения на нем, которое для одного тиристора составляет всего 1,8 — 2,2 В, поэтому общий КПД преобразователя при номинальной нагрузке для мощности 50—100 кВт составляет 0,9—0,92. С увеличением мощности КПД выпрямителя оказывается еще выше.

Коэффициент мощности тиристорного выпрямителя определяется по формуле

,

откуда видно, что с увеличением угла регулировния тиристоров резко падает коэффициент мощности, что является существенным недостатком схем с тиристорным выпрямителем.

В системе ТП—Д так же, как и в системе Г—Д, возможно регулирование угловой скорости двигателя вверх от основной (при ) воздействием на поток двигателя и регулирование вниз - изменением угла управления тиристоров при неизменном магнитном потоке двигателя.

В разомкнутой системе ТП—Д диапазон регулирования невелик, примерно такой же, как в системе Г—Д.