12. Система г-д, регулирование скорости.

Регулирование скорости вращения изменением напряжения на зажимах якоря (система генератор—двигатель). В целях ши­рокого и плавного регулирования скорости иногда применяют так называемую систему генератор—двигатель (сокращенно система Г—Д), которая позволяет использовать метод регули­рования скорости изменением напряжения, подводимого к якорю электродвигателя. При питании электродвигателя от сети такой метод совершенно неприменим. Его применение воз­можно лишь при питании электродвигателя от отдельного генератора.

Обычно система Г—Д состоит из приводного двигателя ПД, генератора Г с возбудителем Ви исполнительного электродви­гателя ИД (рис. 14). Приводной электродвигатель питается от сети и служит для приведения во вращение генератора. Чаще всего в качестве приводного электродвигателя используется асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, получающий питание от сети трехфазного тока. Он имеет постоянное на­правление вращения и вращается с постоянной скоростью. Ис­полнительный электродвигатель получает питание от генера­тора Г и приводит в действие механизм.

Генератор и исполнительный электродвигатель имеют неза­висимое возбуждение. Их обмотки возбуждения ОВГ и ОВД питаются от возбудителя В, небольшого генератора постоянно­го тока, сидящего на одном валу с приводным электродвигате­лем ПД и генераторомГ. Если в цепь обмотки ОВГ включить регулировочный реостат, то, изменяя величину его сопротивле­ния, можно изменять скорость вращения исполнительного элек­тродвигателя, так как при этом будет меняться величина на­пряжения генератора. Действительно, для цепи генератор—двигатель по II закону Кирхгофа можно составить следующее уравнение:

где Е_г и Е_д — соответственно э.д.с. генератора и электродвига­теля;

R_г и R_д — соответственно сопротивление якорей генератора

и электродвигателя. Заменив э. д. с. электродвигателя, согласно выражению (7),. получим

Выражение (41) является уравнением скоростной характери­стики исполнительного электродвигателя в системе Г—Д. За­менив в нем ток якоря выражением (28), получим уравнение механической характеристики

Уравнения (41) и (42) показывают, что путем изменения Е_г можно изменять скорость вращения исполнительного элект­родвигателя. Следовательно, при уменьшении сопротивления регулировочного реостата R_p скорость исполнительного элект­родвигателя будет возрастать, а при увеличении сопротивле­ния—уменьшаться, так как э. д. с. генератора Е_г зависит от величины тока в обмотке ОВГ.

Нетрудно заметить, что механические и скоростные харак­теристики электродвигателя в системе Г—Д представляют со­бой прямые линии. Скорость холостого хода определяется пер­вым членом правой части урав­нения (41) или (42) и не остает­ся постоянной величиной при различных значениях сопротив­ления R_р, т. е. каждому значе­нию сопротивления R_р соответст­вует своя скоростная и механи­ческая характеристики (рис. 15). Эти характеристики являются достаточно жесткими, что позво­ляет при применении специаль­ных регулируемых электродвига­телей получить широкий диапа­зон скоростей в пределах 1 : 100 и более, что является одним из основных положительных качеств системы Г—Д.

Иногда регулировочный реостат включают не только в цепь обмотки ОВГ, но в цепь обмотки возбуждения ИД, что дает воз­можность регулировать скорость вверх от номинальной.

Регулирование скорости по системе Г—Д является весьма экономичным, так как все переключения происходят в цепях обмоток возбуждения, где токи сравнительно невелики. Отно­сительно небольшие мощности и габариты регулировочных реостатов позволяют получить большое число регулировочных ступеней и, следовательно, достаточно плавное регулирование скорости. Возможно также применение реостатов со скользя­щими контактами, что позволяет получить бесступенчатое ре­гулирование скорости.

Система Г—Д очень удобна не только в отношении широты и плавности регулирования скорости. Она позволяет также очень просто производить реверс и торможение исполнительно­го электродвигателя. Так, для осуществления реверса необхо­димо, как известно, изменить полярность на зажимах якоря электродвигателя. Для этого достаточно изменить направление тока в обмотке ОВГ (или в обмотке ОВД). Для осуществления торможения достаточно отключить от возбудителя обмот­ку ОВГ. Небольшие размеры регулировочных реостатов позво­ляют широко использовать дистанционное управление систе­мой Г—Д, что также является большим ее преимуществом.

Основной недостаток системы генератор—двигатель — большое количество электрических машин, высокая стоимость и относительно низкий к. п. д. установки, что, естественно, ограничивает область применения дайной системы.

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ПО СИСТЕМЕ ГЕНЕРАТОР – ДВИГАТЕЛЬ

С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО СКОРОСТИ

С целью расширения диапазона регулирования скорости вращения двигателя используются схемы автоматического поддержания скорости с высокой точностью при значительном изменении нагрузки. Примером такой схемы может служить система Г – Д

с отрицательной обратной связью по скорости (рис. 17.1). Здесь на одном валу с двигателем Д установлен тахогенератор ТГ, напряжение на зажимах которого, пропорциональное скорости двигателя  , сравнивается с задающим напряжением – U3, снимаемым с потенциометра ЗП. Разность задающего напряжения и напряжения тахогенератора через усилитель У подается на обмотку возбуждения генератора Г. Сущность действия схемы заключается в том, что при уменьшении скорости двигателя снижается напряжение тахогенератора, в результате чего возрастает ток возбуждения генератора и, следовательно, увеличивается ЭДС генератора, что приводит к компенсации падения скорости двигателя. Степень компенсации скорости зависит от коэффициента усиления усилителя, с возрастанием которого увеличивается приращение ЭДС генератора, отнесенное к изменению скорости двигателя, и, следовательно, повышается жесткость механической характеристики двигателя. В качестве усилителя используются чаще всего электромашинные, магнитные или полупроводниковые усилители. Таким образом, в системе Г – Д с введением обратных связей можно существенно расширить диапазон регулирования скорости вращения двигателя, доведя его практически до (500 – 600):1 и выше. Примерный вид механических характеристик двигателя в системе Г – Д с отрицательной обратной связью по скорости показан на рис. 17.4 сплошными линиями. Для сопоставления там же пунктиром даны характеристики для разомкнутой системы. Благодаря преимуществам, которыми обладает рассматриваемая система в отношении плавности, пределов регулирования, сохранения достаточной жесткости характеристик, она находит широкое применение в металлургической промышленности для приводов мощных прокатных станов, в металлообрабатывающей промышленности в

электроприводах токарных, строгальных, продольно-фрезерных и прецизионных станков, в подъемных устройствах и других установках. К недостаткам системы Г – Д относятся:

1) необходимость в двукратном преобразовании энергии в машинном преобразователе (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 трех машин в системе, суммарная установленная мощность которых в 3 раза больше установленной мощности регулируемого двигателя;

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

4) высокие капитальные и эксплуатационные расходы.

Использование ионных и полупроводниковых вентилей позволяет заменить элек-

тромашинный преобразователь и создать надежную систему регулирования, обладаю-

щую более высоким КПД, не требующую дефицитных материалов и специального фун-

дамента, а также более простую в обслуживании.