Электропривод по системе генератор — двигатель (Г—Д)

Всистеме Г—Д, схема которой представлена на рис. 7.1, ис­пользуется электромашинный преобразователь переменного тока в постоянный, состоящий из асинхронного или синхрон­ного двигателя ДП и генератора Г, напряжение которого можно изменять в широких пределах. Обмотки возбуждения генератора ОВГ и двигателя ОВД получают питание от неза­висимого источника постоянного тока возбудителя В (или от управляемого тиристорного преобразователя).

В системе Г—Д любой режим работы двигателя Д (пуск, торможение, регулирование скорости, реверсирование) можно получить изменением величины и полярности подводимого к его якорю напряжения.

Уравнение механической характеристики системы Г—Д
имеет вид:

где R_я — сопротивление цепи якоря, состоящей из сопротивле­ний якоря двигателя R_я._д, якоря генератора R _я.ги соединитель­ных проводов r_пр (R_я=R_я.д+R_я.г+r_пр); Е_г — э. д. с. генератора. Каждому значению Е_г соответствует своя скорость идеаль­ного холостого хода

Следовательно, изменяя э. д. с, можно регулировать ско­рость вращения двигателя Д. При этом механические характе­ристики системы Г—Д представляют собой семейство параллельных прямых, жесткость которых остается неизменной. На рис. 7.2 представлены механические характеристики системы Г—Д при различных значениях э. д. с. генератора.

Реверсирование двигателя Д осуществляется изменением.направления тока в обмотке возбуждения генератора. При этом меняется знак э. д. с. Е_Т и, следовательно, направление вращения двигателя.

Диапазон регулирования скорости вращения двигателя для системы Г—Д, при регулировании током возбуждения генера­тора, равен 7—15. Расширение диапазона регулирования до 14—30 можно осуществить ослаблением магнитного потока дви­гателя. Применение замкнутых систем управления позволяет расширить диапазон регулирования до 200: 1.

На рис. 7.3 приведена схема системы Г—Д с регулируемым усилителем в качестве возбудителя. Усилитель имеет несколько обмоток управления, что позволяет осуществлять обратные связи по напряжению, току, угловой скорости и т. д., тем самым создать замкнутую систему управления.

Следует отметить, что в качестве возбудителя может при­
меняться силовой магнитный усилитель (СМУ) или тиристорный преобразователь (принцип действия системы не изме­нится).

Обмотка ОЗ является задающей и служит для регулирова­ния величины и полярности э. д. с. генератора, а следовательно, величины и направления угловой скорости двигателя.

Обмотка ОН включена параллельно обмотке якоря генера­тора и осуществляет отрицательную обратную связь по напряжению генератора, т. е. намагничивающая сила (н. с.) обмотки ОН направлена встречно н. с. обмотки ОЗ.

Обмотка ОТ включена на падение напряжения в обмотках дополнительных полюсов генератора ДПГ и двигателя ДПД, которое пропорционально току главной цепи. Ток в обмотке ОТ будет протекать только в случае, если I(Rдпг + Rдпд) будет больше опорного напряжения U_on.

Рассмотрим действие обратных связей системы.

Обратная отрицательная связь по напряжению служит для компенсации снижения напряжения на зажимах двигателя при увеличении нагрузки, т. е. тока в цепи якоря и, следовательно, увеличения жесткости механической характеристики привода. При работе двигателя вхолостую угловая скорость двигателя определяется э. д. с. генератора, а последняя — э. д. с. усили­теля, созданной регулирующей и. с.

При увеличении тока нагрузки появляется падение напря­жения в цепи якоря, что вызывает уменьшение напряжения на зажимах двигателя. Это должно привести к снижению угловой скорости двигателя, но снижение напряжения вызовет умень­шение н.с. обмотки ОН, следовательно, возрастет результирующая н. с..Fрез и э. д. с. генератора. Этим будет компенсиро­вано снижение скорости двигателя. Механические характери­стики без обратной связи и с обратной связью показаны на

рис. 7.4.

Обратная отрицательная связь по току применяется для со­здания экскаваторной механической характеристики системы. При увеличении нагрузки увеличивается падение напряжения I(Rппг+Rяпд. Если это падение напряжения превысит опорное напряжение U_on, то в обмотке ОТ (см. рис. 7.3) будет проте­кать ток, создающий н. с, направленную встречно н. с. об­мотки ОЗ. Результирующая н. с, F_рез = F ₀₃— F_0H — F_от начнет уменьшаться, будет уменьшаться э. д. с. генератора и, следова­тельно, угловая скорость двигателя.

Ток, при котором начинается действие обратной связи по току, называется током отсечки I_отс. На рис. 7.4 механическая характеристика при токе I< I_отс изображена отрезком ω₀— a, а при токе I> I_отс — отрезком а—М_стоп. Ток отсечки и стопор­ный момент можно изменять, изменяя величину опорного на­пряжения U_on. При U_оп'<U_оп механическая характеристика определяется отрезками ω₀—а'—М’_стоп.

Таким образом, система Г—Д обладает широким диапазо­ном, высокой плавностью и экономичностью регулирования уг­ловой скорости двигателя. Но она имеет и существенные недо­статки: значительные капитальные затраты, поскольку общая установленная мощность электрических машин более чем в 3 раза превосходит мощность, требуемую рабочим механиз­мом; низкий к. п. д. установки в целом из-за троекратного пре­образования энергии в электрических машинах; значительные эксплуатационные затраты.

Привод по системе Г—Д является основным для привода рабочих механизмов одноковшовых экскаваторов.

7.3. Электропривод по системе тиристорный преобразователь — двигатель (ТП — Д)

Принципиальная схема электропривода по системе ТП—Д при­ведена на рис. 7.5. Электропривод содержит двигатель Д и ти­ристорный преобразователь переменного тока в постоянный, состоящий из управляемого выпрямителя УВ, сглаживающего дросселя Др, согласующего трансформатора Тр и системы уп­равления СУ.

На рис. 7.6 приведена диаграмма, поясняющая принцип уп­равления тиристорным преобразователем.

Выпрямление тока осуществляется тиристорами. С помощью управляющего электрода можно задержать на угол α начало пропускания тока тиристором. Этот угол отсчитывается от точки естественного открывания тиристора при отсутствии регулирования, которая соответствует пересечению кривых фаз­ных э. д. с. вторичных обмоток трансформатора, и называется углом запаздывания. Таким образом, среднее напряжение уменьшается, так как открывание тиристора происходит не в точке естественного откры­вания, а в момент подачи по­ложительного импульса на управляющий электрод, т. е. при угле ωt’₁. Ток через тири­стор Т1 протекает до угла ωt₂', когда вступает в работу тиристор Т₂.

Среднее значение выпрям­ленного напряжения в ре­жиме холостого хода при отсутствии регулирования будет

где Е_d0 — среднее значение выпрямленной э. д. с. при хо­лостом ходе и отсутствии регулирования; Е_ф — действующее значение фазной э. д. с. обмотки трансформатора; m — число фаз.

Выпрямленный ток

где Е_дв— э. д. с. двигателя; ΔU_B — падение напряжения в вен­тиле; ΣR — сумма сопротивлений обмоток трансформатора, дросселя и соединительных приводов.

Выпрямленное напряжение для управляемого преобразова­теля

Наличие в системе ТП—Д индуктивных сопротивлений об­моток трансформатора и дросселя приводит к тому, что ток не увеличивается и не исчезает мгновенно. Существует промежу­ток времени, когда два вентиля одновременно проводят ток. Этот период называется временем перекрытия, а соответствую­щий ему угол — углом коммутации у (см. рис. 7.6).

Процесс коммутации вызывает дополнительное снижение выпрямлен­ного напряжения и учитывается величиной

где Х_{2 Т}— индуктивное сопротивление вторичной обмотки транс­форматора.

Электромеханическая характеристика системы ТП—Д опи­сывается уравнением

R_2Т, R _дри R_я — активные сопротивления обмотки транс­форматора, дросселя и якоря двигателя.

Для регулирования скорости двигателя в системе ТП—Д достаточно изменять угол регулирования α. Электромеханические характеристики системы ТП—Д имеют меньшую жест­кость, чем характеристики системы Г—Д и нерегулируемую зону в области малых нагрузок.

Реверсирование двигателя может осуществляться тремя способами (рис. 7.7):

изменением полярности напряжения, подводимого к якорю двигателя реверсом в якорной цепи (рис. 7.7, а);

изменением направления магнитного потока возбуждения двигателя реверсом (рис. 7.7, б) или реверсивным преобразо­вателем;

изменением направления тока якоря двигателя с использо­ванием двух преобразователей УВП1 и УВП2, каждый из ко­торых предназначен для питания двигателя при одном направле­нии тока якоря (рис. 7.7, в).

Выбор способа реверсирова­ния определяется назначением привода и способом электриче­ского торможения.

7.4. Система электропривода переменного тока с управляемым статическим преобразователем частоты (УПЧ—Д)

Регулирование скорости измене­нием частоты питающего напря­жения для асинхронных двигате­лей обеспечивает наилучшие показатели по сравнению со всеми другими способами и позволяет использовать в регулируемом приводе асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Применение тиристорных преобразователей частоты делает перспективным электропривод УПЧ—Д с асинхронным двига­телем с короткозамкнутым ротором. При этом обеспечивается регулирование скорости в пределах от (1,5÷2)ω₀ (до 0,05÷0,1)ω₀. Но при изменении частоты изменяется не только син­хронная угловая скорость двигателя, но и его критический момент М_кр = U²_ф/f₁². Поэтому для сохранения постоянства перегрузочной способности двигателя необходимо с изменением ча­стоты изменять и подводимое к двигателю напряжение по за­кону U_ф / f₁ = const.

На рис. 7.8 приведена структурная схема электропривода по системе УПЧ—Д, которая представляет собой сочетание уп­равляемого преобразователя УТП и автономного инвертора АИ. Механические характеристики привода по системе УПЧ-Д с асинхронным двигателем аналогичны механическим характе­ристикам привода по системе Г—Д.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: