Generatorsysteem - gelijkstroommotor

Verschillende werktuigmachines vereisen vaak een traploze regeling van de aandrijfsnelheid over een groter bereik dan kan worden geboden door de magnetische flux aan te passen. DC-motor met parallelle bekrachtiging… In deze gevallen worden complexere elektrische aandrijfsystemen gebruikt.

In afb. 1 toont schematisch een instelbare elektrische aandrijving volgens een generator-motorsysteem (afgekort G — D). In dit systeem roteert een inductiemotor IM continu een onafhankelijk geëxciteerde DC-generator G en een exciter B, een parallel geëxciteerde DC-generator met laag vermogen.

De gelijkstroommotor D drijft het werkende lichaam van de machine aan. De bekrachtigingswikkelingen van de generator OVG en de motor ATS worden gevoed door de bekrachtiging B. Door de weerstand van het bekrachtigingscircuit van de generator G door reostaat 1 te veranderen, verandert de spanning die op het anker van de motor D wordt aangelegd, en dus de snelheid van de motor wordt geregeld. In dit geval werkt de motor met volledige en constante flux omdat reostaat 2 is verwijderd.

Wanneer de spanning U verandert, verandert het toerental n0 ideaal stationair motortoerental D. Aangezien de motorflux en de weerstand van het ankercircuit niet veranderen, blijft de helling b constant. Daarom bevinden de rechtlijnige mechanische kenmerken die overeenkomen met verschillende waarden van U zich onder elkaar en evenwijdig aan elkaar (Fig. 2).

Rijst. 1. Systeemgenerator - DC-motor (dpt)

Rijst. 2. Mechanische kenmerken van de generator — DC-motorsysteem

Ze hebben een grotere helling dan de kenmerken van dezelfde elektromotor gevoed vanuit het constante netwerk, omdat in het G - D-systeem de spanning U bij een constante excitatiestroom van de generator afneemt met toenemende belasting volgens de afhankelijkheid:

waar b.v. en rg — e, respectievelijk. enz. pp. en de interne weerstand van de generator.

Naar analogie met asynchrone motoren duiden we aan

Deze waarde kenmerkt de afname van het motortoerental wanneer de belasting toeneemt van nul naar nominaal. Voor parallelle mechanische eigenschappen

Deze waarde neemt toe naarmate n0 afneemt. Bij grote waarden van sn zullen de gespecificeerde snijcondities aanzienlijk veranderen bij willekeurige belastingfluctuaties. Daarom is het bereik van de spanningsregeling meestal kleiner dan 5:1.

Naarmate het nominale vermogen van de motoren afneemt, neemt de spanningsval over de motoren toe en worden de mechanische eigenschappen steiler. Om deze reden wordt het spanningsregelbereik van het G-D-systeem kleiner naarmate het vermogen afneemt (voor vermogens kleiner dan 1 kW tot 3:1 of 2:1).

Naarmate de magnetische flux van de generator afneemt, beïnvloedt het demagnetiserende effect van de ankerreactie de spanning in grotere mate. Daarom hebben de kenmerken die samenhangen met lage motortoerentallen in feite een grotere helling dan de mechanische kenmerken.

De uitbreiding van het regelbereik wordt bereikt door de magnetische flux van de motor D te verminderen door middel van reostaat 2 (zie Fig. 1), geproduceerd bij de volledige stroom van de generator.Deze methode van snelheidsregeling komt overeen met kenmerken die zich boven de natuurlijke één (zie afb. 2).

Het totale regelbereik, gelijk aan het product van het regelbereik van beide methoden, bereikt (10 — 15): 1. Spanningsregeling is constante koppelregeling (aangezien de magnetische flux van de motor onveranderd blijft). Regeling door verandering van de magnetische flux van de motor D is een constante vermogensregeling.

Voordat de motor wordt gestart, wordt D-reostaat 2 (zie Fig. 1) volledig verwijderd en bereikt de motorflux de hoogste waarde. Dan verhoogt de reostaat 1 de bekrachtiging van de generator G. Hierdoor neemt de spanning toe en neemt de snelheid van de motor D toe. Als de spoel OVG onmiddellijk wordt aangesloten op de volledige spanning UB van de exciter B, zal de stroom daarin, zoals in elk circuit met inductantie en actieve weerstand, toenemen:

waar rv de weerstand van de excitatiespoel is, is LB de inductantie (verwaarloos het effect van de verzadiging van het magnetische circuit).

In afb. 3 toont a (kromme 1) een grafiek van de afhankelijkheid van de bekrachtigingsstroom van de tijd. De bekrachtigingsstroom neemt geleidelijk toe; het stijgingspercentage wordt bepaald door de ratio

waarbij Tv de elektromagnetische tijdconstante is van de generatorbekrachtigingswikkeling; het heeft de dimensie van tijd.

Rijst. 3. Veranderen van de bekrachtigingsstroom in het GD-systeem

De verandering van de generatorspanning bij het opstarten heeft ongeveer hetzelfde karakter als de verandering van de bekrachtigingsstroom. Hierdoor kan de motor automatisch starten met reostaat 1 verwijderd (zie afb. 1).

De toename van de bekrachtigingsstroom van de generator wordt vaak versneld (geforceerd) door op het eerste moment op de bekrachtigingswikkeling een spanning toe te passen die de nominale waarde overschrijdt.Vervolgens zal het proces van het verhogen van de bekrachtiging doorgaan langs curve 2 (zie figuur 3, een ). Wanneer de stroom in de spoel Iv1 bereikt, gelijk aan de stationaire excitatiestroom bij de nominale spanning, wordt de spanning van de excitatiespoel verlaagd tot de nominale waarde. De stijgtijd van de bekrachtigingsstroom naar de nominale waarde wordt verminderd.

Om de bekrachtiging van de generator te forceren, wordt de bekrachtigingsspanning V (zie figuur 1) 2-3 keer hoger gekozen dan de nominale spanning van de bekrachtigingsspoel van de generator en wordt een extra weerstand 4 in het circuit geïntroduceerd. …

Het generator-motorsysteem maakt regeneratief remmen mogelijk. Om te stoppen moet de stroom in het anker van richting veranderen. Ook het koppel verandert van teken en in plaats van rijden wordt het remmen. Stoppen vindt plaats wanneer de magnetische flux van motorweerstand 2 toeneemt of wanneer de generatorspanning afneemt met weerstand 1. In beide gevallen b.v. enz. C. E van de motor wordt hoger dan de spanning U van de generator.In dit geval werkt motor D in generatormodus en wordt in rotatie gebracht door de kinetische energie van de bewegende massa's, en generator G werkt in motormodus, waarbij de IM-machine met supersynchrone snelheid wordt geroteerd, die tegelijkertijd overschakelt naar generatormodus en levert stroom aan het netwerk.

Regeneratief remmen kan worden uitgevoerd zonder reostaten 1 en 2 te beïnvloeden. U kunt eenvoudig het bekrachtigingscircuit van de generator openen (bijv. schakelaar 3). In dit geval zal de stroom in een gesloten circuit bestaande uit de bekrachtigingswikkeling van de generator en weerstand 6 geleidelijk afnemen

waarbij R de weerstand is van weerstand 6.

De grafiek die overeenkomt met deze vergelijking wordt getoond in Fig. 3, geb. Een geleidelijke afname van de bekrachtigingsstroom van de generator komt in dit geval overeen met een toename van de weerstand van reostaat 1 (zie figuur 1) en veroorzaakt regeneratief remmen. In deze schakeling is de parallel aan de bekrachtigingswikkeling van de generator geschakelde weerstand 6 een ontladingsweerstand. Het beschermt de isolatie van de bekrachtigingswikkeling tegen schade in het geval van een plotselinge noodonderbreking van het bekrachtigingscircuit.

Wanneer het excitatiecircuit wordt onderbroken, neemt de magnetische flux van de machine scherp af, induceert e in de windingen van de excitatiespoel. enz. c) de zelfinductie is zo groot dat de isolatie van de wikkeling hierdoor kan afbreken. De ontladingsweerstand 6 creëert een circuit waarin b.v. enz. c) de zelfinductie van de veldspoel induceert een stroom die de afname van de magnetische flux vertraagt.

De spanningsval over de ontlaadweerstand is gelijk aan de spanning over de veldspoel.Hoe lager de waarde van de ontladingsweerstand, hoe lager de spanning van de bekrachtigingsspoel wanneer het circuit wordt verbroken. Tegelijkertijd, met een afname van de weerstandswaarde van de ontladingsweerstand, stroomt de stroom er continu doorheen in de normale modus en nemen de verliezen daarin toe. Met beide bepalingen moet rekening worden gehouden bij het kiezen van de ontladingsweerstandswaarde.

Nadat de bekrachtigingswikkeling van de generator is uitgeschakeld, blijft er een kleine spanning over op de klemmen als gevolg van restmagnetisme. Dit kan ertoe leiden dat de motor langzaam draait met een zogenaamde kruipsnelheid. Om dit fenomeen te elimineren, wordt de bekrachtigingswikkeling van de generator, nadat deze is losgekoppeld van de bekrachtiging, verbonden met de klemmen van de generator, zodat de spanning van het restmagnetisme een demagnetiserende stroom veroorzaakt in de bekrachtigingswikkeling van de generator.

Om de elektromotor D om te keren, wordt de richting van de stroom in de bekrachtigingsspoel van de generator OVG G gewijzigd met behulp van schakelaar 3 (of een ander soortgelijk apparaat). Vanwege de aanzienlijke inductantie van de spoel neemt de excitatiestroom geleidelijk af, verandert van richting en neemt vervolgens geleidelijk toe.

De processen van het starten, stoppen en omkeren van de motor in het beschouwde systeem zijn zeer economisch, omdat ze worden uitgevoerd zonder het gebruik van reostaten die in het anker zijn opgenomen. De motor wordt gestart en afgeremd met behulp van lichte en compacte apparatuur die slechts kleine veldstromen regelt. Daarom wordt dit systeem "generator - gelijkstroommotor" aanbevolen voor werk met veelvuldig starten, remmen en omkeren.

De belangrijkste nadelen van het motor-generator-DC-systeem zijn relatief lage efficiëntie, hoge kosten en omslachtig vanwege de aanwezigheid van een groot aantal elektrische machines in het systeem. De prijs van het systeem is 8 tot 10 keer hoger dan de prijs van een asynchrone kooiankermotor met hetzelfde vermogen. Bovendien, dergelijke elektrisch aandrijfsysteem vereist veel ruimte.