Система генератор - двигун, блог електромеханіка
Для широкого і плавного регулювання частоти обертання електродвигуна постійного струму застосовується система генератор - двигун (Г - Д). Основний принцип цієї системи полягає в зміні прикладеного до якоря двигуна напруги при постійній напрузі ланцюга збудження.
Система Г-Д (рис. 1) складається з двигуна постійного струму з незалежним збудженням М2, безпосередньо пов'язаного з робочим механізмом (виконавчий двигун). Він харчується електричною енергією від генератора G, що приводиться в обертання двигуном M1. Обмотки збудження генератора LG і двигуна LM2 отримують живлення від незалежного джерела постійного струму з постійною напругою.
Первинний двигун M1, що обертає якір генератора G, являє собою механічний або електричний двигун, причому приводиться їм генератор не вимагає ні реверсування, ні регулювання частоти обертання.
Основною вимогою, що пред'являються до первинного двигуна, є жорсткість його механічної характеристики, тому механічні двигуни постачають всережимним регуляторами частоти обертання, а електричні вибирають з жорсткою характеристикою. Отже, первинний двигун обертається з n = const і не реверсують
Виконавчий двигун управляється зміною значення і напряму струму в обмотках збудження LG і LM2.
Механічна характеристика виконавчого двигуна в сі-стем Г-Д подібна механічним характеристикам двигуна з незалежним збудженням.
Природна механічна характеристика 0 (див. Рис. 2.3) можлива при номінальній частоті обертання генератора і відсутності додаткових резисторів в ланцюгах збудження генератора і виконавчого двигуна.
Мал. 1. Система генератор - двигун
Її нахил трохи більше, ніж характеристики двигуна, що працює від мережі, так як до опору якоря двигуна додається опір якоря генератора.
При збільшенні опору реостата R1 зменшуються струм збудження генератора і його е.р.с. Частота обертання двигуна М2 при цьому зменшиться (характеристика 3).
Збільшення опору реостата R2 викликає зменшення магнітного потоку двигуна М2, частота обертання його збільшиться (характеристика 2).
Двигун реверсують зміною напрямку струму в обмотці збудження генератора, при цьому змінюється напрямок його е. д. з. і струму в ланцюзі якоря двигуна (магнітний потік двигуна залишається незмінним).
Механічні характеристики системи Г-Д жорсткі. Для запобігання поломок механізму необхідно обмежувати максимальний момент двигуна М2, що досягається пом'якшенням характеристик.
Існують наступні способи пом'якшення механічних характеристик виконавчого двигуна: застосування виконавчого електродвигуна зі змішаним збудженням; застосування генератора зі змішаним збудженням і зустрічно включеної послідовної обмоткою.
Використання послідовної обмотки у виконавчого двигуна (рис. 2, а) дозволяє отримати більш м'які характеристики (рис. 2, б) в порівнянні з характеристиками двигуна тільки з незалежним збудженням. Однак цей спосіб має недолік, що полягає в тому, що під час реверсування двигуна змінюється напрямок струму в обмотці LM2.2 і вона починає протидіяти обмотці LM2.1, размагнічівая двигун. Щоб уникнути цього послідовну обмотку включають не безпосередньо в ланцюг якоря, а через мостовий напівпровідниковий випрямляч U, що забезпечує постійний напрямок струму в ній.
Застосування розмагнічуючої обмотки генератора позбавлене вказаного недоліку, тому використовується найбільш часто.
Принцип пом'якшує дії розмагнічуючої обмотки LG2 (рис. 3, а) полягає в наступному: зі збільшенням навантаження виконавчого двигуна струм якоря збільшується, розмагнічуюче дію обмотки зростає, е.р.с. генератора і частота обертання двигуна зменшуються.
Мал. 2. Електродвигун зі змішаним збудженням в системі Г-Д
Механічні характеристики показані на рис. 3, б. Викривлена форма характеристик 0,1,3 пояснюється насиченням генератора. При насиченому генераторі розмагнічуюче вплив обмотки менше, ніж при ненасиченому, на початку ділянки характеристики більш жорсткі, а потім при великих навантаженнях насичення зникає і характеристики стають крутіше. Якщо ж струм незалежної обмотки збудження генератора невеликий і насичення відсутня, характеристика стає прямою (характеристика 2).
При зміні напрямку струму в незалежній обмотці збудження генератора змінюється напрямок струму в якорі і послідовної обмотки збудження; таким чином, розмагнічуюче дію послідовної обмотки зберігається.
Переваги системи Г - Д:- можливість плавного регулювання частоти обертання в широкому діапазоні до 16: 1;
- швидкий розгін виконавчого двигуна без допомоги пускового реостата, т. е. з мінімальними втратами енергії;
- легкий пуск первинного двигуна, що обертає збудженому генератор;
- швидке і чітке гальмування виконавчого електродвигуна.
- низький ККД всієї системи, викликаний багаторазовим перетворенням енергії;
- великі маси, вартість і габаритні розміри, інерційність.
Мал. 3. Генератор з розмагнічуючою обмоткою в системі Г-Д
Слід зазначити, що зниження к. П. Д. В значній мірі компенсується можливістю економічного управління виконавчим електродвигуном при його пуску і регулювання частоти обертання. Ця економія енергії особливо помітна в електроприводах, що вимагають частих пусків і реверсів двигуна.
Замість системи Г - Д доцільно використовувати систему керований випрямляч - двигун постійного струму (УВ-Д), силова ланцюг якої наведена на рис. 4.
Мал. 4. Силові ланцюги електроприводу в системі керований випрямляч - двигун
До якоря двигуна М докладено випрямлена напруга, регульоване за допомогою напівпровідникового випрямляча VI - V6, зібраного по бруківці схемою. Силова ланцюг випрямляча складається з трьох тиристорів VI - V3 і трьох некерованих діодів V4 - V6. Управління здійснюють зміною фази відкриття тиристорів.
Система УВ - Д має в порівнянні з системою Г-Д наступні переваги: відсутній обертається перетворювач; високий к.к.д. (К.к.д. випрямляча 0,96 - 0,99); мала інерційність.