Generatorski sustav — istosmjerni motor
Razni alatni strojevi često zahtijevaju bezstupanjsku kontrolu brzine pogona u širem rasponu nego što se može osigurati podešavanjem magnetskog toka. DC motor s paralelnom pobudom… U tim se slučajevima koriste složeniji električni pogonski sustavi.
Na sl. Slika 1 prikazuje dijagram podesivog električnog pogona prema sustavu generator-motor (skraćeno G — D). U ovom sustavu, asinkroni motor IM kontinuirano rotira neovisno pobuđeni istosmjerni generator G i pobudnik B, koji je paralelno pobuđeni istosmjerni generator male snage.
Istosmjerni motor D pokreće radni organ stroja. Uzbudni namoti generatora OVG i motora ATS napajaju se iz pobudnika B. Promjenom otpora uzbudnog kruga generatora G reostatom 1 mijenja se napon doveden na armaturu motora D, a time i brzina motora je regulirana. U ovom slučaju motor radi s punim i konstantnim fluksom jer je reostat 2 uklonjen.
Kada se napon U promijeni, brzina se mijenja n0 idealna brzina praznog hoda motora D. Budući da se fluks motora i otpor njegovog kruga armature ne mijenjaju, nagib b ostaje konstantan. Stoga se pravocrtne mehaničke karakteristike koje odgovaraju različitim vrijednostima U nalaze jedna ispod druge i paralelne jedna s drugom (slika 2).
Riža. 1. Generator sustava - DC motor (dpt)
Riža. 2. Mehaničke karakteristike generatora — istosmjerni motorni sustav
Imaju veći nagib od karakteristika istog elektromotora napajanog iz konstantne mreže, budući da u sustavu G — D napon U pri konstantnoj uzbudnoj struji generatora opada s povećanjem opterećenja prema ovisnosti:
gdje je npr. odnosno rg — e. itd. str.i unutarnji otpor generatora.
Po analogiji s asinkronim motorima, označavamo
Ova vrijednost karakterizira smanjenje brzine motora kada se opterećenje poveća od nule do nominalnog. Za paralelne mehaničke karakteristike
Ova vrijednost raste kako se n0 smanjuje. Pri velikim vrijednostima sn, navedeni uvjeti rezanja značajno će se promijeniti s nasumičnim fluktuacijama opterećenja. Stoga je raspon regulacije napona obično manji od 5:1.
Kako se nazivna snaga motora smanjuje, pad napona na motorima se povećava i mehaničke karakteristike postaju strmije. Zbog toga se raspon regulacije napona G-D sustava smanjuje kako se snaga smanjuje (za snage manje od 1 kW na 3:1 ili 2:1).
Kako se magnetski tok generatora smanjuje, učinak demagnetiziranja njegove armaturne reakcije u većoj mjeri utječe na njegov napon. Stoga karakteristike povezane s malim brzinama motora zapravo imaju veći nagib od mehaničkih karakteristika.
Proširenje regulacijskog raspona postiže se smanjenjem magnetskog toka motora D pomoću reostata 2 (vidi sliku 1), proizvedenog pri punom protoku generatora.Ova metoda regulacije brzine odgovara karakteristikama koje se nalaze iznad prirodnog jedan (vidi sliku 2).
Ukupni regulacijski raspon, jednak umnošku regulacijskih raspona obje metode, doseže (10 — 15): 1. Regulacija napona je regulacija konstantnog momenta (budući da magnetski tok motora ostaje nepromijenjen). Regulacija promjenom magnetskog toka motora D je konstantna regulacija snage.
Prije pokretanja motora D reostat 2 (vidi sl. 1) potpuno se uklanja i fluks motora postiže najveću vrijednost. Tada reostat 1 pojačava uzbudu generatora G. To uzrokuje povećanje napona i povećanje brzine motora D. Ako se svitak OVG odmah spoji na puni napon UB uzbudnika B, struja u njemu, kao u svakom krugu s induktivitetom i aktivnim otporom, porast će:
gdje je rv otpor uzbudnog svitka, LB njegov induktivitet (zanemarite utjecaj zasićenja magnetskog kruga).
Na sl. 3, a (krivulja 1) prikazuje graf ovisnosti struje pobude o vremenu. Uzbudna struja postupno raste; stopa porasta određena je omjerom
gdje je Tv elektromagnetska vremenska konstanta uzbudnog namota generatora; ima dimenziju vremena.
Riža. 3. Promjena uzbudne struje u G-D sustavu
Promjena napona generatora pri pokretanju ima približno isti karakter kao i promjena uzbudne struje. To omogućuje automatsko pokretanje motora s uklonjenim reostatom 1 (vidi sliku 1).
Povećanje uzbudne struje generatora često se ubrzava (prisilno) primjenom u početnom trenutku na uzbudni namot napona većeg od nazivnog. Zatim će se proces povećanja uzbude nastaviti duž krivulje 2 (vidi sl. 3, a ). Kada struja u svitku dosegne Iv1, jednaku stacionarnoj uzbudnoj struji pri nazivnom naponu, napon uzbudnog svitka se smanjuje na nazivni. Smanjuje se vrijeme porasta uzbudne struje do nazivne.
Da bi se prisilio uzbudu generatora, napon pobudnika V (vidi sliku 1) odabire se 2-3 puta veći od nazivnog napona uzbudnog svitka generatora i u krug se uvodi dodatni otpornik 4. …
Sustav generator-motor omogućuje regenerativno kočenje. Za zaustavljanje je potrebno da struja u armaturi promijeni smjer. Moment će također promijeniti predznak i umjesto vožnje, postat će kočenje. Zaustavljanje se događa kada se poveća magnetski tok motornog reostata 2 ili kada se smanji napon generatora s reostatom 1. U oba slučaja, na pr. itd. c. E motora postaje veći od napona U generatora.U ovom slučaju motor D radi u generatorskom režimu i pokreće ga kinetička energija pokretnih masa u rotaciju, a generator G radi u motornom režimu, okrećući IM stroj supersinkronom brzinom, koji se u isto vrijeme prebacuje u generatorski režim i napaja mrežu.
Regenerativno kočenje može se izvesti bez utjecaja na reostate 1 i 2. Možete jednostavno otvoriti uzbudni krug generatora (npr. prekidač 3). U ovom slučaju, struja u zatvorenom krugu koji se sastoji od uzbudnog namota generatora i otpornika 6 postupno će se smanjivati
gdje je R otpor otpornika 6.
Graf koji odgovara ovoj jednadžbi prikazan je na sl. 3, b. Postupno smanjenje struje uzbude generatora u ovom slučaju je ekvivalentno povećanju otpora reostata 1 (vidi sliku 1) i uzrokuje regenerativno kočenje. U ovom krugu, otpornik 6 spojen paralelno s uzbudnim namotom generatora je otpornik za pražnjenje. Štiti izolaciju uzbudnog namota od oštećenja u slučaju iznenadnog hitnog prekida uzbudnog kruga.
Kad se uzbudni krug prekine, magnetski tok stroja naglo opada, inducira e u zavojima uzbudnog svitka. itd. c. samoinduktivnost je tolika da može uzrokovati slom izolacije namota. Otpornik za pražnjenje 6 stvara krug u kojem npr. itd. c. samoindukcija zavojnice polja inducira struju koja usporava smanjenje magnetskog toka.
Pad napona na otporniku za pražnjenje jednak je naponu na uzbudnoj zavojnici.Što je niža vrijednost otpora pražnjenja, niži je napon uzbudne zavojnice kada je strujni krug prekinut. Istodobno, sa smanjenjem vrijednosti otpora otpornika za pražnjenje, struja koja kontinuirano teče kroz njega u normalnom načinu rada i gubici u njemu se povećavaju. Obje odredbe moraju se uzeti u obzir pri odabiru vrijednosti otpora pražnjenju.
Nakon što se uzbudni namot generatora isključi, na njegovim stezaljkama ostaje mali napon zbog zaostalog magnetizma. To može uzrokovati sporo okretanje motora pri takozvanoj puznoj brzini. Da bi se eliminirao ovaj fenomen, uzbudni namot generatora, nakon što se odvoji od uzbudnika, spaja se na stezaljke generatora tako da napon iz zaostalog magnetizma uzrokuje struju demagnetiziranja u uzbudnom namotu generatora.
Za reverziju elektromotora D, pomoću sklopke 3 (ili drugog sličnog uređaja) mijenja se smjer struje u uzbudnom svitku generatora OVG G. Zbog značajnog induktiviteta zavojnice, uzbudna struja postupno opada, mijenja smjer i zatim postupno raste.
Procesi pokretanja, zaustavljanja i reverziranja motora u razmatranom sustavu su vrlo ekonomični, jer se provode bez upotrebe reostata uključenih u armaturu. Motor se pokreće i usporava pomoću lagane i kompaktne opreme koja kontrolira samo male struje polja. Stoga se ovaj sustav "generator - istosmjerni motor" preporuča koristiti za rad s čestim startovima, kočenjima i prekretnicama.
Glavni nedostaci sustava motor-generator-DC su relativno niska učinkovitost, visoka cijena i glomazan zbog prisutnosti velikog broja električnih strojeva u sustavu. Cijena sustava premašuje cijenu asinkronog kaveznog motora iste snage 8-10 puta. Štoviše, takav električni pogonski sustav zahtijeva puno prostora.