Hệ thống máy phát điện - Động cơ DC

Các máy công cụ khác nhau thường yêu cầu điều khiển vô cấp tốc độ truyền động trên một phạm vi rộng hơn có thể được cung cấp bằng cách điều chỉnh từ thông. Động cơ điện một chiều kích từ song song… Trong những trường hợp này, hệ thống truyền động điện phức tạp hơn được sử dụng.

Trong bộ lễ phục. 1 trình bày sơ đồ truyền động điện có thể điều chỉnh theo hệ thống máy phát-động cơ (viết tắt là G—D). Trong hệ thống này, một động cơ cảm ứng IM liên tục quay máy phát điện một chiều kích thích độc lập G và máy kích thích B, là máy phát điện một chiều công suất thấp kích thích song song.

Động cơ DC D điều khiển cơ thể làm việc của máy. Cuộn dây kích thích của máy phát OVG và ATS của động cơ được cung cấp bởi bộ kích thích B. Bằng cách thay đổi điện trở của mạch kích thích của máy phát G bằng bộ biến trở 1, điện áp đặt vào phần ứng của động cơ D thay đổi, và do đó tốc độ của động cơ được điều chỉnh. Trong trường hợp này, động cơ hoạt động với từ thông đầy đủ và không đổi do biến trở 2 bị loại bỏ.

Khi điện áp U thay đổi, tốc độ thay đổi n0 tốc độ không tải lý tưởng của động cơ D. Vì từ thông động cơ và điện trở mạch phần ứng của nó không thay đổi nên hệ số góc b không đổi. Do đó, các đặc tính cơ học tuyến tính tương ứng với các giá trị khác nhau của U được đặt lần lượt bên dưới và song song với nhau (Hình 2).

Cơm. 1. Hệ thống máy phát điện - Động cơ DC (dpt)

Cơm. 2. Đặc tính cơ của máy phát điện — Hệ thống động cơ điện một chiều

Chúng có độ dốc lớn hơn so với các đặc tính của cùng một động cơ điện được cung cấp từ mạng không đổi, vì trong hệ thống G - D, điện áp U ở dòng kích thích không đổi của máy phát giảm khi tải tăng theo sự phụ thuộc:

ví dụ như ở đâu và rg — e, tương ứng. vân vân. pp.và điện trở trong của máy phát điện.

Tương tự với động cơ không đồng bộ, ta ký hiệu

Giá trị này đặc trưng cho việc giảm tốc độ động cơ khi tải tăng từ 0 lên danh nghĩa. Đối với các đặc tính cơ học song song

Giá trị này tăng khi n0 giảm. Ở các giá trị lớn của sn, các điều kiện cắt được chỉ định sẽ thay đổi đáng kể với các dao động tải ngẫu nhiên. Do đó, phạm vi điều chỉnh điện áp thường nhỏ hơn 5:1.

Khi công suất định mức của động cơ giảm, điện áp rơi trên động cơ tăng lên và các đặc tính cơ học trở nên dốc hơn. Vì lý do này, phạm vi điều chỉnh điện áp của hệ thống G -D bị giảm khi công suất giảm (đối với công suất dưới 1 kW đến 3:1 hoặc 2:1).

Khi từ thông của máy phát giảm, hiệu ứng khử từ của phản ứng phần ứng ảnh hưởng đến điện áp của nó ở mức độ lớn hơn. Do đó, các đặc tính liên quan đến tốc độ động cơ thấp thực sự có độ dốc lớn hơn so với các đặc tính cơ học.

Việc mở rộng phạm vi điều khiển đạt được bằng cách giảm từ thông của động cơ D bằng biến trở 2 (xem Hình 1), được tạo ra ở toàn bộ dòng máy phát. một (xem Hình 2).

Tổng phạm vi điều khiển, bằng tích của các phạm vi điều khiển của cả hai phương pháp, đạt (10 — 15): 1. Điều chỉnh điện áp là điều khiển mô-men xoắn không đổi (vì từ thông của động cơ không thay đổi). Điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông của động cơ D là điều chỉnh công suất không đổi.

Trước khi khởi động động cơ, biến trở D 2 (xem Hình 1) được loại bỏ hoàn toàn và từ thông động cơ đạt giá trị cao nhất. Sau đó, biến trở 1 tăng kích thích của máy phát G. Điều này làm cho điện áp tăng và tốc độ của động cơ D tăng. Nếu cuộn dây OVG được kết nối ngay lập tức với điện áp đầy đủ UB của bộ kích thích B, thì dòng điện trong nó, giống như trong bất kỳ mạch nào có điện cảm và điện trở hoạt động, sẽ tăng:

trong đó rv là điện trở của cuộn dây kích từ, LB là độ tự cảm của nó (bỏ qua ảnh hưởng của độ bão hòa mạch từ).

Trong bộ lễ phục. 3, a (đường cong 1) biểu thị sự phụ thuộc của dòng điện kích thích vào thời gian. Dòng điện kích từ tăng dần; tốc độ tăng được xác định bởi tỷ lệ

trong đó Tv là hằng số thời gian điện từ của cuộn dây kích thích máy phát điện; nó có chiều của thời gian.

Cơm. 3. Thay đổi dòng kích từ trong hệ thống G-D

Sự thay đổi điện áp máy phát khi khởi động có đặc điểm gần giống như sự thay đổi dòng điện kích thích. Điều này cho phép động cơ tự động khởi động khi tháo bộ biến trở 1 (xem Hình 1).

Sự gia tăng dòng kích thích của máy phát thường được tăng tốc (cưỡng bức) bằng cách đặt một điện áp vượt quá định mức tại thời điểm ban đầu lên cuộn dây kích thích. Sau đó, quá trình tăng kích thích sẽ tiếp tục dọc theo đường cong 2 (xem Hình 3, a ). Khi dòng điện trong cuộn dây đạt Iv1, bằng với dòng điện kích thích ổn định ở điện áp định mức, điện áp của cuộn dây kích thích giảm xuống định mức. Thời gian tăng của dòng điện kích thích đến danh nghĩa được giảm xuống.

Để kích thích máy phát điện, điện áp máy kích thích V (xem Hình 1) được chọn cao hơn 2-3 lần so với điện áp danh định của cuộn dây kích thích máy phát điện và một điện trở bổ sung 4 được đưa vào mạch. …

Hệ thống máy phát điện-động cơ cho phép phanh tái tạo. Để dừng lại, dòng điện trong phần ứng phải đổi chiều. Mô-men xoắn cũng sẽ đổi dấu và thay vì truyền động, nó sẽ trở thành phanh. Dừng xảy ra khi từ thông của biến trở động cơ 2 tăng hoặc khi điện áp máy phát giảm với biến trở 1. Trong cả hai trường hợp, ví dụ: vân vân. c. E của động cơ trở nên cao hơn điện áp U của máy phát điện.Trong trường hợp này, động cơ D hoạt động ở chế độ máy phát và được chuyển động quay nhờ động năng của các khối lượng chuyển động và máy phát G hoạt động ở chế độ động cơ, quay máy IM ở tốc độ siêu đồng bộ, đồng thời chuyển sang chế độ máy phát và cung cấp năng lượng cho mạng.

Hãm tái tạo có thể được thực hiện mà không ảnh hưởng đến biến trở 1 và 2. Bạn chỉ cần mở mạch kích thích máy phát (ví dụ: công tắc 3). Trong trường hợp này, dòng điện trong mạch kín gồm cuộn dây kích thích của máy phát và điện trở 6 sẽ giảm dần

trong đó R là điện trở của điện trở 6.

Biểu đồ tương ứng với phương trình này được hiển thị trong Hình. 3, b. Việc giảm dần dòng điện kích thích của máy phát trong trường hợp này tương đương với việc tăng điện trở của biến trở 1 (xem Hình 1) và gây ra hiện tượng hãm tái sinh. Trong mạch điện này, điện trở 6 nối song song với cuộn dây kích thích của máy phát điện là điện trở phóng điện. Nó bảo vệ lớp cách điện của cuộn dây kích thích khỏi bị hư hại trong trường hợp mạch kích thích bị gián đoạn khẩn cấp đột ngột.

Khi ngắt mạch kích từ, từ thông của máy điện giảm mạnh, sinh ra e trong các vòng dây của cuộn kích thích. vân vân. c.độ tự cảm lớn đến mức có thể làm đứt lớp cách điện của cuộn dây. Điện trở xả 6 tạo ra một mạch trong đó e. vân vân. c. tự cảm ứng của cuộn dây trường tạo ra dòng điện làm chậm sự giảm từ thông.

Điện áp rơi trên điện trở xả bằng với điện áp trên cuộn dây trường.Giá trị của điện trở phóng điện càng thấp thì điện áp của cuộn dây kích thích khi bị đứt mạch càng thấp. Đồng thời, với sự giảm giá trị điện trở của điện trở xả, dòng điện liên tục chạy qua nó ở chế độ bình thường và tổn thất trong nó tăng lên. Cả hai điều khoản phải được xem xét khi lựa chọn giá trị điện trở phóng điện.

Sau khi tắt cuộn dây kích thích của máy phát, một điện áp nhỏ vẫn còn ở các cực của nó do từ tính dư. Điều này có thể khiến động cơ quay chậm với tốc độ được gọi là tốc độ leo. Để loại bỏ hiện tượng này, cuộn dây kích từ của máy phát điện sau khi được ngắt ra khỏi máy kích thích sẽ được nối với các cực của máy phát điện để điện áp từ dư sinh ra dòng khử từ trong cuộn dây kích thích của máy phát điện.

Để đảo ngược động cơ điện D, hướng của dòng điện trong cuộn dây kích thích của máy phát OVG G được thay đổi bằng công tắc 3 (hoặc một thiết bị tương tự khác). Do cuộn dây có độ tự cảm đáng kể nên dòng điện kích từ giảm dần, đổi chiều rồi tăng dần.

Các quá trình khởi động, dừng và đảo chiều động cơ trong hệ thống được xem xét có tính kinh tế cao vì chúng được thực hiện mà không cần sử dụng biến trở có trong phần ứng. Động cơ được khởi động và giảm tốc bằng thiết bị nhẹ và nhỏ gọn chỉ kiểm soát dòng điện trường nhỏ. Do đó, hệ thống "máy phát điện - động cơ DC" này được khuyến nghị sử dụng cho công việc thường xuyên khởi động, phanh và đảo chiều.

Nhược điểm chính của hệ thống động cơ-máy phát điện-DC là hiệu suất tương đối thấp, chi phí cao và cồng kềnh do có nhiều máy điện trong hệ thống. Giá của hệ thống cao hơn giá của một động cơ lồng sóc không đồng bộ có cùng công suất 8-10 lần. Hơn nữa, như vậy hệ thống truyền động điện đòi hỏi nhiều không gian.