Sistema generatore - motore CC

Varie macchine utensili richiedono spesso il controllo continuo della velocità di azionamento su una gamma più ampia di quella che può essere fornita regolando il flusso magnetico. Motore DC con eccitazione parallela… In questi casi vengono utilizzati sistemi di azionamento elettrico più complessi.

Nella fig. 1 mostra uno schema di un azionamento elettrico regolabile secondo un sistema generatore-motore (abbreviato G - D). In questo sistema, un motore a induzione IM fa ruotare continuamente un generatore CC eccitato in modo indipendente G e un eccitatore B, che è un generatore CC a bassa potenza eccitato in parallelo.

Il motore DC D aziona il corpo di lavoro della macchina. Gli avvolgimenti di eccitazione del generatore OVG e del motore ATS sono alimentati dall'eccitatore B. Modificando la resistenza del circuito di eccitazione del generatore G mediante il reostato 1, la tensione applicata all'armatura del motore D viene modificata, e quindi la la velocità del motore è regolata. In questo caso il motore funziona a flusso pieno e costante perché il reostato 2 è rimosso.

Quando la tensione U cambia, la velocità cambia n0 velocità al minimo ideale del motore D. Poiché il flusso del motore e la sua resistenza del circuito di armatura non cambiano, la pendenza b rimane costante. Pertanto, le caratteristiche meccaniche rettilinee corrispondenti a diversi valori di U sono poste una sotto l'altra e parallele tra loro (Fig. 2).

Riso. 1. Generatore di sistema - Motore DC (dpt)

Riso. 2. Caratteristiche meccaniche del generatore — Sistema motore CC

Hanno una pendenza maggiore rispetto alle caratteristiche dello stesso motore elettrico alimentato dalla rete costante, poiché nel sistema G - D la tensione U a una corrente di eccitazione costante del generatore diminuisce all'aumentare del carico in base alla dipendenza:

dove ad es. e rg — e, rispettivamente. eccetera. pp. e la resistenza interna del generatore.

Per analogia con i motori asincroni, indichiamo

Questo valore caratterizza la diminuzione della velocità del motore quando il carico aumenta da zero a nominale. Per caratteristiche meccaniche parallele

Questo valore aumenta al diminuire di n0. A valori elevati di sn, le condizioni di taglio specificate cambieranno in modo significativo con fluttuazioni di carico casuali. Pertanto, l'intervallo di regolazione della tensione è generalmente inferiore a 5:1.

Quando la potenza nominale dei motori diminuisce, la caduta di tensione ai capi dei motori aumenta e le caratteristiche meccaniche diventano più ripide. Per questo motivo il campo di regolazione della tensione del sistema G -D si riduce al diminuire della potenza (per potenze inferiori a 1 kW a 3:1 o 2:1).

Man mano che il flusso magnetico del generatore diminuisce, l'effetto di smagnetizzazione della sua reazione di armatura influisce in misura maggiore sulla sua tensione. Pertanto, le caratteristiche associate ai bassi regimi del motore hanno effettivamente una pendenza maggiore rispetto alle caratteristiche meccaniche.

L'espansione del campo di controllo si ottiene riducendo il flusso magnetico del motore D mediante il reostato 2 (vedi Fig. 1), prodotto a piena portata del generatore.Questo metodo di regolazione della velocità corrisponde a caratteristiche situate al di sopra del naturale uno (vedi Fig. 2).

L'intervallo di controllo totale, pari al prodotto degli intervalli di controllo di entrambi i metodi, raggiunge (10 — 15): 1. La regolazione della tensione è un controllo di coppia costante (poiché il flusso magnetico del motore rimane invariato). La regolazione modificando il flusso magnetico del motore D è una regolazione a potenza costante.

Prima di avviare il motore, il reostato D 2 (vedi Fig. 1) viene completamente rimosso e il flusso del motore raggiunge il valore massimo. Quindi il reostato 1 aumenta l'eccitazione del generatore G. Ciò fa aumentare la tensione e la velocità del motore D. Se la bobina OVG è collegata immediatamente alla piena tensione UB dell'eccitatore B, la corrente in essa, come in qualsiasi circuito con induttanza e resistenza attiva, aumenterà:

dove rv è la resistenza della bobina di eccitazione, LB è la sua induttanza (trascurare l'effetto della saturazione del circuito magnetico).

Nella fig. 3, a (curva 1) mostra un grafico della dipendenza della corrente di eccitazione dal tempo. La corrente di eccitazione aumenta gradualmente; il tasso di aumento è determinato dal rapporto

dove Tv è la costante di tempo elettromagnetica dell'avvolgimento di eccitazione del generatore; ha la dimensione del tempo.

Riso. 3. Modifica della corrente di eccitazione nel sistema G-D

La variazione della tensione del generatore all'avvio ha approssimativamente lo stesso carattere della variazione della corrente di eccitazione. Ciò consente al motore di avviarsi automaticamente con il reostato 1 rimosso (vedi Fig. 1).

L'aumento della corrente di eccitazione del generatore viene spesso accelerato (forzato) applicando al momento iniziale all'avvolgimento di eccitazione una tensione superiore a quella nominale, quindi il processo di aumento dell'eccitazione continuerà lungo la curva 2 (vedi Fig. 3, a ). Quando la corrente nella bobina raggiunge Iv1, pari alla corrente di eccitazione stazionaria alla tensione nominale, la tensione della bobina di eccitazione viene ridotta al valore nominale. Il tempo di salita della corrente di eccitazione al valore nominale è ridotto.

Per forzare l'eccitazione del generatore, la tensione di eccitazione V (vedi Fig. 1) viene selezionata 2-3 volte superiore alla tensione nominale della bobina di eccitazione del generatore e nel circuito viene introdotto un resistore aggiuntivo 4. …

Il sistema generatore-motore consente la frenata rigenerativa. Per arrestarsi è necessario che la corrente nell'indotto cambi direzione. Anche la coppia cambierà segno e invece di guidare diventerà frenata. L'arresto avviene quando il flusso magnetico del reostato motore 2 aumenta o quando la tensione del generatore diminuisce con il reostato 1. In entrambi i casi, ad es. eccetera. c. E del motore diventa superiore alla tensione U del generatore.In questo caso, il motore D funziona in modalità generatore ed è azionato in rotazione dall'energia cinetica delle masse in movimento, e il generatore G funziona in modalità motore, ruotando la macchina IM a velocità supersincrona, che allo stesso tempo passa alla modalità generatore e fornisce alimentazione alla rete.

La frenata rigenerativa può essere eseguita senza influire sui reostati 1 e 2. È sufficiente aprire il circuito di eccitazione del generatore (ad esempio l'interruttore 3). In questo caso, la corrente in un circuito chiuso costituito dall'avvolgimento di eccitazione del generatore e dal resistore 6 diminuirà gradualmente

dove R è la resistenza del resistore 6.

Il grafico corrispondente a questa equazione è mostrato in Fig. 3, b. Una diminuzione graduale della corrente di eccitazione del generatore in questo caso equivale ad un aumento della resistenza del reostato 1 (vedi Fig. 1) e provoca una frenata rigenerativa. In questo circuito, la resistenza 6 collegata in parallelo all'avvolgimento di eccitazione del generatore è una resistenza di scarica. Protegge l'isolamento dell'avvolgimento di eccitazione da danni in caso di improvvisa interruzione di emergenza del circuito di eccitazione.

Quando il circuito di eccitazione viene interrotto, il flusso magnetico della macchina diminuisce bruscamente, induce e nelle spire della bobina di eccitazione. eccetera. c. l'autoinduttanza è così grande che può provocare la rottura dell'isolamento dell'avvolgimento. Il resistore di scarica 6 crea un circuito in cui e. eccetera. c) l'autoinduzione della bobina di campo induce una corrente che rallenta la diminuzione del flusso magnetico.

La caduta di tensione attraverso il resistore di scarica è uguale alla tensione attraverso la bobina di campo.Minore è il valore della resistenza di scarica, minore è la tensione della bobina di eccitazione quando il circuito è interrotto. Allo stesso tempo, con una diminuzione del valore di resistenza del resistore di scarica, la corrente lo attraversa continuamente in modalità normale e le perdite in esso aumentano. Entrambe le disposizioni devono essere considerate quando si seleziona il valore della resistenza di scarica.

Dopo che l'avvolgimento di eccitazione del generatore è stato spento, ai suoi terminali rimane una piccola tensione a causa del magnetismo residuo. Ciò può far girare lentamente il motore a quella che è nota come velocità di scorrimento. Per eliminare questo fenomeno, l'avvolgimento di eccitazione del generatore, dopo essere stato scollegato dall'eccitatrice, viene collegato ai terminali del generatore in modo che la tensione del magnetismo residuo provochi una corrente di smagnetizzazione nell'avvolgimento di eccitazione del generatore.

Per invertire il motore elettrico D, la direzione della corrente nella bobina di eccitazione del generatore OVG G viene modificata utilizzando l'interruttore 3 (o un altro dispositivo simile). A causa della notevole induttanza della bobina, la corrente di eccitazione diminuisce gradualmente, cambia direzione e poi aumenta gradualmente.

I processi di avviamento, arresto e inversione del motore nel sistema considerato sono altamente economici, poiché vengono eseguiti senza l'uso di reostati inclusi nell'armatura. Il motore viene avviato e decelerato utilizzando apparecchiature leggere e compatte che controllano solo piccole correnti di campo. Pertanto, si consiglia di utilizzare questo sistema "generatore - motore CC" per lavori con avviamenti, frenate e inversioni frequenti.

I principali svantaggi del sistema motore-generatore-DC sono l'efficienza relativamente bassa, il costo elevato e l'ingombro dovuto alla presenza di un gran numero di macchine elettriche nel sistema. Il prezzo del sistema supera il prezzo di un motore asincrono a gabbia di scoiattolo con la stessa potenza 8-10 volte. Inoltre, tale sistema di azionamento elettrico richiede molto spazio.