Электромашинные преобразователи электрической энергии. Система Г - Д

В 20-м столетии в регулируемом электроприводе нашли широкое применение электромашинные преобразователи для питания двигателей постоянного тока независимого возбуждения, так называемые системы Г-Д (рис. 6.1). Примерами применения таких систем можно назвать электроприводы мощных обжимных прокатных станов (слябинги, блюминги), станы холодной прокатки, электроприводы основных механизмов конверторных цехов и т.п.

В схеме рис. 6.1. генератор постоянного тока независимого возбуждения приводится во вращение асинхронным или синхронным двигателем М с . Якорные цепи генератора Г и двигателя Д соединены непосредственно, а обмотки их возбуждения питаются от возбудителей В1, В2, как правило выполненных на вентильных преобразователях.

ЭДС генератора определяется по формуле

,

где – конструктивный коэффициент генератора.

Рис. 6.1. Принципиальная схема включения двигателя по системе Г-Д

Т.к. , то ЭДС генератора пропорциональна магнитному потоку , который определяется величиной тока возбуждения .

Для силовой цепи Г-Д можно составить уравнение равновесия ЭДС

, (6.1)

а с учётом того, что

.

Откуда угловая скорость двигателя Д определяется уравнением

, (6.2)

где – соответствующее сопротивление генератора и двигателя.

Так как , то уравнение механической характеристики системы г-д запишется в виде

. (6.3)

Механические характеристики двигателя в системе Г-Д при неизменном магнитном потоке двигателя и изменении потока генератора (тока возбуждения ) без учёта реакции якоря представляют собой семейство линейных характеристик с одинаковым модулем жёсткости

, (6.4)

и которые представлены на рис.6.2.

Механические характеристики двигателя в системе Г - Д, показанные на рис. 6.2 при < < , полученных для различных токов возбуждения двигателя, обладают меньшей жёсткостью, чем естественная, а скорость идеального х.х. двигателя определяется величиной ЭДС генератора и величиной магнитного потока двигателя.

Таким образом, в системе Г - Д имеются два канала управления скоростью двигателя.

Двигатель, включенный по системе Г - Д, может работать и в тормозных режимах. Режим динамического торможения осуществляется при . Соответствующая этому режиму характеристика проходит через начало координат.

Торможение противовключением возникает при условии, что ,а скорости и имеютразные знаки, т.е. . Соответствующие характеристики режима противовключения лежат в зоне между осью абсцисс и характеристикой динамического торможения (заштрихованная область на рис. 6.2).

Рис. 6.2. Механические характеристики в системе Г-Д

Режим рекуперативного торможения осуществляется при условии > или < . Характерной особенностью рассматриваемой системы является возможность рекуперации энергии при относительно низкой угловой скорости двигателя, что, например, позволяет осуществить тормозной спуск грузов при пониженной скорости с рекуперацией энергии в сеть в приводах подъёмных механизмов (точка в четвёртом квадранте рис. 6.2).

Основными недостатками системы Г-Д являются:

1. Двухкратное преобразование энергии – электрическая энергия переменного тока преобразуется в механическую, а механическая – вновь в электрическую энергию постоянного тока регулируемого напряжения, что обуславливает относительно высокие потери и низкий КПД (0,85-0,9).

2. Установленная мощность электрических машин определяется выражением

,

что определяет высокие капитальные и эксплуатационные затраты на такую систему.

3. Преобразователь вращающийся со всеми вытекающими последствиями (шум, вибрации, дорогие фундаменты).

Появление во второй половине 20-го столетия и дальнейшее развитие силовой полупроводниковой техники позволило создать статические преобразователи (выпрямители) практически на любую мощность, напряжение и токи.