4.13.2 Привод с двигателем постоянного тока

Привод системы Г—Д (генератор-двигатель), как показано на рис. 55, состоит из подъемного двигателя постоянного тока М2 с независимым возбуждением и преобразовательной группы, в которую входят двигатель М1 (асинхронный или синхронный), генератор Г с независимым возбуждением для питания двигателя М2, возбудитель В, подающий ток в обмотки возбуждения ОВПД двигателя М2 и ОВГ генератора Г. Кроме того, на рис. 55 показаны: ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя В; АУ — аппарат управления, связанный с рукояткой управления для изменения частоты и направления вращения; ВМ — масляный выключатель; ПМ — подъемная машина.

Преобразовательная группа работает как во время подъемных операций, так и во время пауз между ними.

Вращающий момент двигателя пропорционален магнитному потоку Ф_д и току I_я в якоре.

Частота вращения двигателя М2

(170)

где Е_Г — э. д. с. генератора Г; I_яR_я — падение напряжения в цепи якорей М2 и Г; R_я — сопротивление цепи якорей; С_Д — коэффициент, зависящий от конструкции обмоток и имеющий постоянное значение для данного двигателя.

Из возможных способов регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока в системе Г-Д принят наиболее совершенный и экономичный, основанный на изменении э. д. с генератора Г.

Управление двигателем М2 производится при помощи реостата аппарата управления АУ изменением тока возбуждения генератора Г, что вызывает изменение э. д. с. на щетках последнего, а следовательно, и напряжения на щетках двигателя М2.

Рис. 55 - Принципиальная схема электропривода Рис.56- Механические характеристики системы Г-Д с двигателем постоянного тока электропривода с двигателем постоянного

тока

Изменение частоты вращения двигателя М2 пропорционально напряжению на его зажимах. Реверсирование двигателя достигается переключением обмотки возбуждения генератора Г, вызывающим изменение его полярности.

Первый член правой части формулы (170) определяется положением рукоятки управления АУ, так как величина Ег зависит от тока в цепи обмотки возбуждения ОВГ генератора Г. Второй член зависит от нагрузки машины, так как ток Iя пропорционален вращающему моменту двигателя М2.

Аппарат управления имеет малые габариты, так как он включен в цепь обмотки возбуждения генератора Г, где протекает сравнительно небольшой ток.

Для уменьшения размеров аппарата управления, что важно при приводах большой мощности, применяют квадратичную схему Г—Д, в которой имеются отдельные возбудители для питания обмоток возбуждения генератора Г и двигателя М2. Аппарат управления включается в цепь обмотки возбуждения возбудителя генератора Г.

Для улучшения регулировочных свойств привода системы Г—Д применяют электромашинный усилитель (ЭМУ), подающий питание на обмотку возбуждения генератора. Изменение величины напряжения и полярности на зажимах этой обмотки производят изменением, величины и направления намагничивающей силы в ЭМУ.

Двигательный режим. Механическая характеристика привода подъемной установки в двигательном режиме при полностью выключенном реостате аппарата управления изобразится прямой линией 1—2 (рис. 56). Наклон этой линии зависит от второго члена правой части выражения (170), который при нормальной нагрузке обычно менее 5 % первого члена. При перемещении рукоятки управления в сторону включения реостата в цепь обмотки возбуждения генератора механические характеристики изобразятся параллельными линиями. Изменение вращающего момента двигателя от М₁' до М₁" при любом положений рукоятки управления вызывает одинаково незначительное изменение частоты вращения на величину Δn (см. рис. 56). Механические характеристики получаются жесткими, изменение тока в цепи якорей почти не влияет на частоту вращения двигателя. Частота вращения двигателя определяется только величиной тока в обмотке возбуждения генератора, т. е. положением рукоятки управления, что упрощает управление машиной.

Привод описываемой системы характеризуется точной регулировкой и поэтому может выполнить и прямолинейные, и криволинейные диаграммы скорости.

Генераторный режим. Под действием опускаемого груза частота вращения двигателя увеличивается и возрастает э. д. с, индуктируемая в его якоре. При определенной частоте вращения э. д. с. двигателя Ед и э. д. с. генератора Ег станут равными и в цепи их якорей

(171)

ток станет равным нулю, а следовательно, и вращающий момент будет равен нулю (точка 0 на. рис. 56). При дальнейшем увеличении частоты вращения двигателя Ед станет больше Ег, поэтому изменяется направление тока в цепи якорей, направление же магнитного потока в обмотках возбуждения обеих машин останется таким же, как и в двигательном режиме. Поэтому развиваемый двигателем момент направлен против вращения якоря, т. е. стал тормозным моментом. Двигатель становится генератором, вращаемым опускающимся грузом, и отдает энергию генератору, который, став двигателем, развивает вращающий момент, совпадающий с направлением вращения своего якоря. Под действием этого момента асинхронный двигатель преобразовательной группы увеличивает свою частоту вращения до перехода в генераторный режим, когда он разовьет тормозной момент, равный моменту генератора. При синхронном двигателе преобразовательной группы частота вращения его в генераторном режиме двигателя М2 не изменяется.

Механические характеристики двигателя в генераторном ре­жиме получаются продолжением характеристик двигательного режима. При спуске груза установившаяся частота вращения получается такой, при которой тормозной момент двигателя равен вращающему моменту, создаваемому опускающимся грузом (точка А на рис. 56). Благодаря жесткости механических характеристик частота вращения двигателя практически определяется положением рукоятки управления и не зависит от нагрузки. В зависимости от положения рукоятки управления можно получить требуемую скорость, как в двигательном, так и в генераторном режиме, поэтому спуск груза при генераторном торможении можно производить с меньшей скоростью, чем максимальная скорость подъема.

В приводе системы Г—Д возможно нарушение пропорциональности между током возбуждения генератора и частотой вращения двигателя, причинами которого являются реакция якорей, падение напряжения в якорях, остаточный магнетизм в полюсах генератора. Для однозначной зависимости между положением рукоятки управления и скоростью подъема указанные причины должны устраняться.

Реакция якоря устраняется применением дополнительных полюсов и компенсационных обмоток в генераторе и в двигателе, а падение напряжения — сдвигом щеток относительно нейтрали. Для генератора при сдвиге щеток по направлению вращения получается ослабление основного магнитного потока и наоборот.

Остаточный магнетизм наблюдается при установке рукоятки управления в среднее положение, когда в обмотке возбуждения ОВГ (см. рис. 55) генератора ток не протекает. Благодаря остаточному магнетизму в обмотке якоря генератора индуктируется некоторая э. д. с. и незаторможенная машина будет продолжать двигаться, а при включенном механическом тормозе в главной якорной цепи протекает ток, который по величине может достигнуть примерно половины номинального. Для устранения остаточного магнетизма применяется самогасящее соединение. При установке рукоятки управления в среднее положение обмотка возбуждения ОВГ генератора Г, отсоединенная от шин возбуждения, с помощью аппарата управления включается через плавкие предохранители на зажимы якоря генератора, э. д. с. поля остаточного магнетизма создает в обмотке возбуждения ток, отчего возникает магнитный поток, гасящий поле остаточного магнетизма.

Мощность N_єкв двигателя постоянного тока, так же как и всякого электрического двигателя подъемной установки, определяется по эквивалентному моменту или усилию. Мощности генератора Г и двигателя М1 преобразовательной группы (учитывая, что они при непрерывном вращении имеют лучшие условия охлаждения) принимают равными мощности подъемного двигателя. Мощность возбудителя обычно равна 2,5 % N_єкв.

Привод системы Г—Д по сравнению с асинхронным приводом имеет следующие преимущества; однозначная зависимость между положением рукоятки управления и скоростью подъема, благодаря чему упрощается автоматизация установки; более экономичное регулирование скорости; возможность непосредственного соединения вала двигателя с валом органа навивки. Недостатком этого привода является большое число электрических машин и большая его стоимость.

Привод с управляемым ртутным выпрямителем (система УРВ—Д) отличается от системы Г—Д тем, что здесь вместо машинной преобразовательной группы для питания двигателя постоянного тока применяют более простой, не имеющий подвижных элементов ртутный выпрямитель. Регулирование выпрямленного напряжения производится с помощью управляемой сетки, встроенной между анодом и катодом выпрямителя.

Дальнейшим совершенствованием привода с двигателями постоянного тока является замена машинных возбудителей тиристорными.

Институтом ВНИИЭлектропривод применительно к рудничным подъемным установкам с двигателями постоянного тока разработана система привода тиристорный преобразователь — двигатель (ТП—Д) с управляемым выпрямителем на тиристорах. По сравнению с системами Г—Д и УРВ—Д система ТП—Д имеет преимущества: меньшие габариты и масса, более высокий к. п. д., проще эксплуатация, более долговечна. Недостатком тиристорных преобразователей является чувствительность к перенапряжениям.

Привод с двигателем постоянного тока рекомендуется применять при мощности свыше 1200 кВт.