Механические характеристики двигателя в системе г-д

В [5] было показано, что при питании цепи якоря двигателя от сети с постоянным напряжением механическая характеристика его описывается уравнением

(13.1)

где – сопротивление цепи якоря двигателя;

Ф – магнитный поток двигателя(в общем случае Ф >< Фн ), а электромеханическая характеристика двигателя:

. (13.2)

Чтобы получить уравнение механической характеристики двигателя в системе Г-Д необходимо в (13.1) принять вместо U_Н напряжение генератораU_Г, а величинуRрассчитывать с учетом сопротивления обмоток и генератора и двигателя, а также соединительных проводов и щеток обеих машин, то есть

(13.3)

где r_ягиr_яд – сопротивления обмоток якорей генератора и двигателя;

r_кг иr_кд – сопротивления компенсационных обмоток;

r_дг иr_дд – сопротивления дополнительных полюсов;

–падение на щетках якоря одной машины;

–ток статической нагрузки двигателя, определяемый по величине статического момента.

Коэффициент 1,1 учитывает сопротивление соединительных проводов между генератором и двигателем.

При практических расчетах все величины сопротивлений в (13.3 ) надо брать в горячем состоянии.

Напряжение генератора Uопределяется по выражению:R

R, (13.4)

где Rr+r+r + – сопротивление обмоток в якорной цепи генератора.

С учетом (13.3 ) и (13.4) уравнения механической и электромеханической характеристик двигателя в системе Г-Д запишутся следующим образом :

(13.5)

(13.6)

Из этих уравнений следует :

>

.

Таким образом в системе Г-Д по сравнению с электроприводом, питающимся от сети с U=U_Ни работающим при Ф = Ф_Н , увеличиваются скорость идеального холостого хода () и падение скорости,то есть механическая и электромеханическая характеристики двигателя в системе Г-Д имеют меньшую жесткость из-за повышенного падения напряжения в цепи якорей. Механические характеристики двигателя в системе Г-Д показаны на рисунке 13.2.

Диапазон регулирования скорости двигателя в системе Г-Д.

В 1-ой зоне регулирования за счет изменения Ф_Гпри Ф_Д=Constможно получить диапазон регулирования скорости внизD₁ =10/1.

Во второй зоне регулирования при Ф_Г =Constи Ф_Д =Varза счет ослабления магнитного потока двигателя можно обеспечить регулирование вверх в диапазонеD₂ = 2– 3/1. Верхний предел скорости двигателя ограничены условиями нормальной (без искровой) коммутации.

При неизменной статической нагрузке М_Спри ослаблении Ф_Д растет ток якоря в двигателе, что при чрезмерном ослаблении потока приведет к появлению искрения в коллекторе.

Нижний предел регулирования скорости ограничен величиной остаточного напряжения генератора, которое составляет. Кроме того, при малых напряжениях генератора падение напряжения в якорной цепи становится соизмеримым с напряжением на зажимах генератора, и поэтому работа двигателя становится неустойчивой (даже при не больших колебаниях нагрузки возможны резкие колебания скорости двигателя вплоть до остановки его).

При малых Ф_г и Е_Гна устойчивость работы двигателя сильно влияет также размагничивающее действие реакции якоря генератора.

Таким образом полный диапазон регулирования скорости двигателя в системе Г-Д составит

Преимущества электропривода по системе Г – Д:

1. Большой диапазон регулирования скорости, удовлетворяющий технологическим требованиям очень большого числа производственных механизмов. Получается такой диапазон регулирования в очень простой схеме разомкнутого электропривода.

2. Управление всеми процессами пуска, реверса торможения и регулирования скорости двигателя производится в цепях возбуждения электрических машин с небольшими токами, что упрощает и удешевляет аппаратуру. Малая мощность управления дает возможность легче обеспечить автоматизации управления (в том числе и бесконтактного).

3. Небольшие потери мощности при регулировании скорости двигателя.

Недостатки электропривода в системе Г-Д:

1. Большая (3-х кратная) установленная мощность электрических машин.

2. Большие капитальные затраты на электрические машины и на строительно-монтажные работы (фундаменты, подвод энергии и ошиновка , вентиляция).

3. Низкий КПД из-за многократного преобразования электроэнергии в двигателях и генераторе.

4. Большая крутизна механических характеристик по сравнению с крутизной характеристик отдельного двигателя, питающего от сети с номинальным напряжением.

5. Большая электромагнитная инерция в обмотках возбуждения двигателя и генератора, что уменьшает быстродействие электропривода.

Последний недостаток (большая инерционность обмоток возбуждения) является основным недостатком систем Г-Д, благодаря которому они не выдержали конкурентной борьбы с малоынерционными системами на базе вентильных преобразователей энергии, как это будет показано далее.

Применяемые в настоящее время системы Г-Д – это компромисс классических систем, существующих с начала 20-го века, с современными системами электропривода, использующими вентильные преобразователи. Это системы Г-Д с вентильным возбуждением генератора и двигателя, в которых при большой мощности главных машин можно не применять каскад электромашинных возбудителей и этим несколько уменьшить инерционность и повысить быстродействие.