Układ generatora — silnik prądu stałego

Różne obrabiarki często wymagają płynnej regulacji prędkości napędu w szerszym zakresie niż można to zapewnić poprzez regulację strumienia magnetycznego. Silnik prądu stałego ze wzbudzeniem równoległym… W takich przypadkach stosuje się bardziej złożone elektryczne układy napędowe.

na ryc. 1 przedstawia schemat regulowanego napędu elektrycznego zgodnie z układem generator-silnik (w skrócie G — D). W tym układzie silnik indukcyjny IM w sposób ciągły obraca niezależnie wzbudzony generator prądu stałego G i wzbudnik B, który jest równolegle wzbudzonym generatorem prądu stałego małej mocy.

Silnik prądu stałego D napędza korpus roboczy maszyny. Uzwojenia wzbudzenia generatora OVG i silnika ATS są zasilane przez wzbudnik B. Zmieniając rezystancję obwodu wzbudzenia generatora G przez reostat 1, zmienia się napięcie przyłożone do twornika silnika D, a tym samym prędkość silnika jest regulowana. W tym przypadku silnik pracuje z pełnym i stałym strumieniem, ponieważ reostat 2 jest usunięty.

Kiedy zmienia się napięcie U, zmienia się prędkość n0 idealna prędkość biegu jałowego silnika D. Ponieważ strumień silnika i rezystancja jego obwodu twornika nie zmieniają się, nachylenie b pozostaje stałe. Dlatego prostoliniowe charakterystyki mechaniczne odpowiadające różnym wartościom U są umieszczone jedna pod drugą i równolegle do siebie (ryc. 2).

Ryż. 1. Generator systemowy - silnik prądu stałego (dpt)

Ryż. 2. Charakterystyki mechaniczne generatora — układ silnika prądu stałego

Mają one większe nachylenie niż charakterystyki tego samego silnika elektrycznego zasilanego ze stałej sieci, gdyż w układzie G — D napięcie U przy stałym prądzie wzbudzenia generatora maleje wraz ze wzrostem obciążenia zgodnie z zależnością:

gdzie np. i rg — e odpowiednio. itp. pp. i rezystancja wewnętrzna generatora.

Przez analogię do silników asynchronicznych oznaczamy

Ta wartość charakteryzuje spadek prędkości obrotowej silnika, gdy obciążenie wzrasta od zera do wartości nominalnej. Dla równoległych właściwości mechanicznych

Wartość ta wzrasta wraz ze spadkiem n0. Przy dużych wartościach sn określone warunki skrawania będą się znacznie zmieniać przy losowych wahaniach obciążenia. Dlatego zakres regulacji napięcia jest zwykle mniejszy niż 5:1.

Gdy moc znamionowa silników maleje, spadek napięcia na silnikach wzrasta, a charakterystyka mechaniczna staje się bardziej stroma. Z tego powodu zakres regulacji napięcia układu G-D zmniejsza się wraz ze spadkiem mocy (dla mocy poniżej 1 kW do 3:1 lub 2:1).

Wraz ze spadkiem strumienia magnetycznego generatora efekt rozmagnesowania reakcji twornika wpływa w większym stopniu na jego napięcie. Dlatego charakterystyki związane z niskimi prędkościami obrotowymi silnika mają w rzeczywistości większe nachylenie niż charakterystyki mechaniczne.

Rozszerzenie zakresu regulacji uzyskuje się poprzez zmniejszenie strumienia magnetycznego silnika D za pomocą reostatu 2 (patrz rys. 1), wytwarzanego przy pełnym przepływie generatora.Ten sposób regulacji prędkości odpowiada charakterystyce znajdującej się powyżej naturalnej jeden (patrz ryc. 2).

Całkowity zakres regulacji, równy iloczynowi zakresów regulacji obu metod, osiąga (10 — 15): 1. Regulacja napięcia jest regulacją stałego momentu obrotowego (ponieważ strumień magnetyczny silnika pozostaje niezmieniony). Regulacja poprzez zmianę strumienia magnetycznego silnika D jest stałą regulacją mocy.

Przed uruchomieniem silnika reostat D 2 (patrz ryc. 1) jest całkowicie usunięty, a strumień silnika osiąga najwyższą wartość. Następnie reostat 1 zwiększa wzbudzenie generatora G. Powoduje to wzrost napięcia i wzrost prędkości silnika D. Jeśli cewka OVG zostanie natychmiast podłączona do pełnego napięcia UB wzbudnicy B, prąd w niej, jak w każdym obwodzie z indukcyjnością i rezystancją czynną, wzrośnie:

gdzie rv to rezystancja cewki wzbudzenia, LB to jej indukcyjność (pomiń efekt nasycenia obwodu magnetycznego).

na ryc. 3, a (krzywa 1) pokazuje wykres zależności prądu wzbudzenia od czasu. Prąd wzbudzenia wzrasta stopniowo; stopa wzrostu jest określona przez stosunek

gdzie Tv jest elektromagnetyczną stałą czasową uzwojenia wzbudzenia generatora; ma wymiar czasu.

Ryż. 3. Zmiana prądu wzbudzenia w układzie G-D

Zmiana napięcia generatora przy rozruchu ma w przybliżeniu taki sam charakter jak zmiana prądu wzbudzenia. Umożliwia to automatyczne uruchomienie silnika przy usuniętym oporniku 1 (patrz rys. 1).

Przyrost prądu wzbudzenia generatora jest często przyspieszany (wymuszany) poprzez przyłożenie w początkowej chwili do uzwojenia wzbudzenia napięcia przekraczającego znamionowe. Następnie proces zwiększania wzbudzenia będzie przebiegał wzdłuż krzywej 2 (patrz rys. 3, a ). Gdy prąd w cewce osiągnie Iv1, równy prądowi wzbudzenia w stanie ustalonym przy napięciu znamionowym, napięcie cewki wzbudzenia zostanie zredukowane do wartości nominalnej. Czas narastania prądu wzbudzenia do wartości nominalnej jest zmniejszony.

Aby wymusić wzbudzenie generatora, wybiera się napięcie wzbudnicy V (patrz ryc. 1) 2-3 razy wyższe niż napięcie znamionowe cewki wzbudzenia generatora i wprowadza się do obwodu dodatkowy rezystor 4. …

Układ generator-silnik umożliwia hamowanie rekuperacyjne. Aby się zatrzymać, konieczna jest zmiana kierunku prądu w tworniku. Moment obrotowy również zmieni znak i zamiast jechać, stanie się hamowaniem. Zatrzymanie następuje, gdy strumień magnetyczny reostatu silnika 2 wzrośnie lub gdy napięcie generatora spadnie wraz z reostatem 1. W obu przypadkach np. itp. c. E silnika staje się wyższe niż napięcie U generatora.W tym przypadku silnik D pracuje w trybie generatora i jest wprawiany w obrót energią kinetyczną poruszających się mas, a generator G pracuje w trybie silnika, obracając maszynę IM z prędkością nadsynchroniczną, która jednocześnie przechodzi w tryb generatora i dostarcza energię do sieci.

Hamowanie odzyskowe można wykonać bez wpływu na reostaty 1 i 2. Można po prostu otworzyć obwód wzbudzenia generatora (np. przełącznik 3). W takim przypadku prąd w obwodzie zamkniętym składającym się z uzwojenia wzbudzenia generatora i rezystora 6 będzie stopniowo malał

gdzie R jest rezystancją rezystora 6.

Wykres odpowiadający temu równaniu pokazano na ryc. 3, b. Stopniowy spadek prądu wzbudzenia generatora jest w tym przypadku równoznaczny ze wzrostem rezystancji reostatu 1 (patrz rys. 1) i powoduje hamowanie rekuperacyjne. W tym obwodzie rezystor 6 połączony równolegle z uzwojeniem wzbudzenia generatora jest rezystorem wyładowczym. Zabezpiecza izolację uzwojenia wzbudzenia przed uszkodzeniem w przypadku nagłego awaryjnego przerwania obwodu wzbudzenia.

Gdy obwód wzbudzenia zostanie przerwany, strumień magnetyczny maszyny gwałtownie spada, indukując e w zwojach cewki wzbudzenia. itp. c. indukcyjność własna jest tak duża, że ​​może spowodować uszkodzenie izolacji uzwojenia. Rezystor wyładowczy 6 tworzy obwód, w którym np. itp. c. samoindukcja cewki indukuje prąd, który spowalnia spadek strumienia magnetycznego.

Spadek napięcia na rezystorze wyładowczym jest równy napięciu na cewce polowej.Im mniejsza wartość rezystancji wyładowania, tym mniejsze napięcie cewki wzbudzenia w przypadku przerwania obwodu. Jednocześnie, wraz ze spadkiem wartości rezystancji rezystora rozładowczego, prąd przepływa przez niego w sposób ciągły w trybie normalnym, a straty w nim rosną. Przy doborze wartości rezystancji wyładowania należy wziąć pod uwagę oba przepisy.

Po wyłączeniu uzwojenia wzbudzenia generatora na jego zaciskach pozostaje niewielkie napięcie z powodu magnetyzmu szczątkowego. Może to spowodować powolne obracanie się silnika z tak zwaną prędkością pełzania. Aby wyeliminować to zjawisko, uzwojenie wzbudzenia generatora, po odłączeniu od wzbudnicy, podłącza się do zacisków generatora tak, aby napięcie z magnetyzmu szczątkowego wywołało prąd rozmagnesowujący w uzwojeniu wzbudzenia generatora.

Aby odwrócić silnik elektryczny D, kierunek prądu w cewce wzbudzenia generatora OVG G zmienia się za pomocą przełącznika 3 (lub innego podobnego urządzenia). Ze względu na znaczną indukcyjność cewki prąd wzbudzenia stopniowo maleje, zmienia kierunek, a następnie stopniowo rośnie.

Procesy uruchamiania, zatrzymywania i cofania silnika w rozważanym układzie są wysoce ekonomiczne, ponieważ są przeprowadzane bez użycia reostatów wchodzących w skład twornika. Silnik jest uruchamiany i hamowany za pomocą lekkiego i kompaktowego sprzętu, który kontroluje tylko małe prądy wzbudzenia. Dlatego ten układ "generator - silnik prądu stałego" jest zalecany do pracy z częstymi rozruchami, hamulcami i rewersami.

Główne wady układu silnik-prądnica-prąd stały to stosunkowo niska sprawność, wysoki koszt oraz uciążliwość ze względu na obecność dużej liczby maszyn elektrycznych w układzie. Cena układu przekracza cenę asynchronicznego silnika klatkowego o tej samej mocy 8 — 10 razy. Co więcej, takie elektryczny układ napędowy wymaga dużo miejsca.