4.1. Основні теоретичні відомості

В теперішній час електроприводи за системою генератор – двигун (Г-Д) збереглися в надпотужних регулюючих електроприводах при потужностях, більше кількох тисяч кіловат , а також в деяких спеціальних схемах. Не дивлячись на обмежене застосування системи Г-Д, її вивчення важливе з методичної точки зору розуміння роботи дії електроприводів, робота яких регулюється зміною напруги.

В системі Г-Д в ролі перетворювача енергії використовується генератор постійного стуму.

Як правило, генератор приводиться в обертання за допомогою синхронного або асинхронного приводного двигуна, частотою обертання ω_Г якого може бути прийнята постійною.

Частота обертання двигуна в системі Г-Д регулюється зміною напруги (ЕРС генератора) при постійному магнітному потоці Φ_д двигуна чи зміною потоку Φ_д при постійній напрузі (ЕРС).

ЕРС генератора Е_Г є функцією двох величин: частоти обертання ω_Г та магнітного потоку Φ_Г

(4.1)

Де К_Г – коефіцієнт, визначений конструктивними параметрами генератора.

При постійній частоті обертання вала генератора, його ЕРС залежить від тільки від значення магнітного потоку, який при знехтуванні насичення магнітного кола генератора пропорційний току збудження

(4.2)

де - постійний коефіцієнт;

- напруга збудження;

- опір обмотки збудження;

- опір добав очного резистора в колі обмотки збудження.

Беручи до уваги вираз (4.1) для ЕРС генератора, здобуваємо, що зміна значення опору резистора приводить до регулювання :

(4.3)

де .

Відмітимо, що струм збудження генератора може регулюватися також зміною напруги збудження з допомогою спеціального збуджувача.

Рівняння електромеханічної характеристики двигуна в системі Г-Д має вигляд

(4.4)

де - опір кола якоря відповідно генератора і двигуна;

с - конструктивна стала двигуна;

- потік обмотки збудження двигуна.

Рівняння механічної характеристики двигуна в системі Г-Д має вигляд

(4.5)

Знаки струму і моменту двигуна залежать від співвідношення ЕРС генератора та проти ЕДС двигуна . Проти ЕДС двигуна аналогічно ЕДС генератора виражається через його частоту обертання та магнітний потік.

(4.6)

В залежності від співвідношення та можливі наступні режими роботи двигуна в системі Г-Д:

1) при - рушійний;

2) при - рекуперативного гальмування;

3) при - динамічного гальмування.

В рушійному режимі при енергія мережі перетворюється в механічну приводним двигуном генератора, після чого в електричну – генератором постійного струму і далі в механічну двигуном. Таким чином енергія мережі після трьохкратного перетворювання йде на виконання роботи, обумовленої технологічним процесом. Струм двигуна в цьому процесі додатній.

В режимі рекуперативного гальмування ( ) енергія зазнає перетворення, зворотні розглянутим, і віддається (рекуперується) назад в мережу. При цьому струм двигуна , тобто зворотній за знаком в рушійному режимі.

Режим динамічного гальмування ( ) аналогічний режиму динамічному гальмуванні від мережі. В цьому випадку роль резистора динамічного гальмування виконує якірне коло генератора з опором .

З формул (4.4) та (4.5) видно, що електромеханічні та механічні характеристики двигуна постійного струму в системі Г-Д при регулюванні представляють собою родину паралельних одна-одній прямих показаних на рис. 4.1, кожна з яких відсікає на осі ординат відрізки , , , тощо, відповідні . Жорсткість механічних характеристик при різних значеннях ЕРС генератора менше, ніж жорсткість природної характеристики двигуна. Це пояснюється ввімкненням в якірне коло двигуна (в порівнянні з його природною схемою) додаткового опору кола якоря генератора.

Характеристики рушійного режиму знаходяться в І квадранті (ІІІ), рекуперативного гальмування в ІІ (ІV), а характеристика, перетинаючи початок координат, відповідає режиму динамічного гальмування.