§ 57. Система генератор – двигатель

Система генератор – двигатель (Г - Д) состоит из исполни­тельного двигателя постоянного тока независимого возбуждения, якорная обмотка которого питается от отдельного генератора, так­же имеющего независимое возбуждение. Генератор приводится во вращение с постоянной скоростью электродвигателем или ди­зелем. Обмотки возбуждения исполнительного двигателя и гене­ратора обычно получают питание от специального возбудителя - генератора постоянного тока. Система Г - Д позволяет получить любой режим работы исполнительного двигателя (пуск, торможе­ние, реверс, регулирование скорости) изменением значения и по­лярности напряжения, подводимого к якорю двигателя.

Рис. 2.113. Схема системы Г-Д с двухобмоточным генератором.

Схема системы Г - Д с двухобмоточным генератором показана на рис.2.113. Исполнительный двигатель М2 получает питание непосредственно от генератора G2. Приводной двигатель M1 пере­менного тока приводит во вращение якорь генератора G2 и якорь возбудителя G1, предназначенного для питания независимых об­моток возбуждения генератора и исполнительного двигателя. Ге­нератор, кроме независимой обмотки возбуждения LG2.1, имеет последовательную размагничивающую обмотку LG2.2. Она созда­ет магнитный поток, который зависит от тока нагрузки и направлен встречно с магнитным потоком независимой обмотки генератора. Такое включение обмоток генератора обеспечивает возможность ограничения момента, тока нагрузки и тока короткого замыкания исполнительного двигателя до допустимых значений.

Пуск системы Г - Д начинается с пуска приводного двигате­ля M1. Возбуждают возбудитель G1, воздействуя на его регуля­тор возбуждения R1, который включен в цепь обмотки возбуждения возбудителя LG1. Регулятор возбуждения R2 генератора, включенный в его обмотку возбуждения LG2.1, должен быть пол­ностью введен. Постепенно выводя регулятор возбуждения R2, уве­личивают ток в обмотке возбуждения генератора LG2.1. Повыша­ется напряжение на зажимах генератора G2 и исполнительного двигателя М2, который будет постепенно разгоняться до номиналь­ной угловой скорости. Увеличение нагрузки на валу исполни­тельного двигателя вызовет возрастание тока нагрузки, который будет протекать по якорным обмоткам двигателя М2 и генератора G2. При больших токах перегрузки будет сильно сказываться раз­магничивающее действие обмотки LG2.2. Результирующий маг­нитный поток, а следовательно, и напряжение на зажимах гене­ратора уменьшаются. В соответствии с законом Ома по якорные обмоткам пойдет меньший ток. В режиме кратковременной стоян­ки двигателя под током система Г - Д допускает ток 2,0 - 2,5 I .

Широкое регулирование угловой скорости исполнительного двигателя осуществляется посредством изменения тока в обмотке возбуждения генератора LG2.1 регулятором возбуждения R2. Это приводит к изменению напряжения на зажимах генератора, а сле­довательно, и двигателя. Этот способ позволяет регулировать ско­рость вниз от номинальной. Регулирование скорости двигателя вверх от номинальной производится регулирующим реостатом R3. При этом уменьшается ток и магнитный поток обмотки возбужде­ния двигателя LM2, а его скорость возрастает.

Реверсирование исполнительного двигателя достигается изме­нением направления тока в обмотке возбуждения генератора. Для этого в схеме предусмотрен реверсивный мостик из контактов К1 и К2 (одни контакты размыкаются, а другие замыкаются).

Остановка исполнительного двигателя производится отключе­нием обмотки возбуждения генератора LG2.1 от возбудителя G1 (контакты К1 и К2 размыкаются).

Механическая характеристика исполнительного двигателя в системе Г - Д с двухобмоточным генератором сравнительно мягкая (рис. 2.113, б). Для получения характеристики более жесткой в ра­бочей части и крутопадающей в области перегрузок (так называе­мая экскаваторная характеристика) применяется система Г - Д с трехобмоточным генератором (рис. 2.114). Генератор G, кроме не зависимой обмотки возбуждения LG1 и размагничивающей LG2, имеет еще обмотку параллельного возбуждения LG3. Магнитный поток независимой обмотки возбуждения направлен согласно с магнитным потоком параллельной обмотки и встречно с магнит­ным потоком размагничивающей обмотки. Результирующий маг­нитный поток генератора равен алгебраической сумме магнитных потоков всех трех обмоток. В пределах номинальной нагрузки раз­магничивающее действие обмотки LG2 сказывается слабо. Испол­нительный двигатель будет работать по сравнительно жесткой час­ти механической характеристики (рис. 2.114, б).

Рис. 2.114. Схема Г - Д с Рис. 2.115. Схема системы Г - Д с ЭМУ.

трехобмоточным генератором.

При значительном увеличении нагрузки резко возрастет размагничивающее действие обмотки LG2, что вызовет снижение э. д. с. генератора, уменьшится напряжение на зажимах исполни­тельного двигателя М вплоть до перехода к режиму стоянки дви­гателя под током. Крутизна его механической характеристики в области перегрузок резко увеличивается и имеет крутопадающую форму. Как только нагрузка уменьшится, автоматически скорость исполнительного двигателя восстановится и он перейдет опять на работу по жесткой части механической характеристики.

В системах автоматизированного электропривода в качестве возбудителя генератора применяется электромашинный усилитель (ЭМУ), который представляет собой генератор постоянного тока G2 (рис. 2.115) с двумя комплектами щеток на коллекторе и несколь­кими обмотками управления на полюсах. На схеме показаны три обмотки управления: задающая обмотка LG2.1, обмотка положи­тельной обратной связи по току нагрузки LG2.2, обмотка отрица­тельной обратной связи по напряжению LG2.3. Обмотки LG2.1 и LG2.3 имеют согласное включение, а обмотка LG2.2 - встречное. Кроме обмоток управления, ЭМУ имеет еще одну обмотку - ком­пенсационную LG2.4, магнитный поток которой компенсирует маг­нитный поток реакции якоря. Для увеличения коэффициента усиления ЭМУ с поперечным полем имеет закороченную пару щеток.

Общий коэффициент усиления ЭМУ по мощности достигает 10 000. К выходу ЭМУ подключена обмотка возбуждения генератора LG1. Применение обратных связей в системе Г - Д с ЭМУ позволяет увеличить жесткость механической характеристики двигателя М, расширить диапазон регулирования скорости и получить механи­ческие характеристики специально заданного вида. Положитель­ная обратная связь по току, осуществляемая обмоткой управления LG2.2, компенсирует падение напряжения в цепи якорей генера­тора G1 и двигателя М, вызываемое увеличением тока нагрузки. Обмотка LG2.2 включена через шунт R1. Отрицательная обратная связь по напряжению, осуществляемая обмоткой управления LG2.3, способствует увеличению жесткости механической характе­ристики двигателя М.

При увеличении нагрузки на исполнительный двигатель М в силовой цепи будет протекать больший ток, что приведет к сниже­нию напряжения и угловой скорости исполнительного двигателя. Однако увеличение магнитного потока обмотки управления LG2.2 и уменьшение магнитного потока обмотки управления LG2.3 при­ведут к увеличению результирующего магнитного потока ЭМУ. В результате увеличатся: э. д. с, вырабатываемая ЭМУ; ток в об­мотке возбуждения генератора LG1; напряжение на зажимах ге­нератора G1; угловая скорость исполнительного двигателя М. Следовательно, в системе Г - Д с ЭМУ получается жесткая меха­ническая характеристика.

К достоинствам системы Г - Д относятся: возможность плав­ного и в большом диапазоне регулирования угловой скорости ис­полнительного двигателя; удобство управления всеми процессами работы двигателя; экономичность пуска, регулирования скорости и торможения.

К недостаткам системы Г - Д относятся: низкий к. п. д. всей системы; большая стоимость, а также увеличение габаритов и мас­сы. Система Г - Д применяется в электроприводах, где по техно­логическим условиям работы требуется широкий диапазон регу­лирования скорости со значительными перегрузками, вплоть до кратковременной остановки двигателя под током (например, ру­левой электропривод).