Generatorsystem – Gleichstrommotor
Verschiedene Werkzeugmaschinen erfordern häufig eine stufenlose Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit über einen größeren Bereich, als dies durch die Einstellung des Magnetflusses möglich ist. Gleichstrommotor mit Parallelerregung… In diesen Fällen kommen komplexere elektrische Antriebssysteme zum Einsatz.
In Abb. In Abb. 1 zeigt ein Diagramm eines verstellbaren Elektroantriebs nach einem Generator-Motor-System (abgekürzt G — D). In diesem System dreht ein Induktionsmotor IM kontinuierlich einen unabhängig erregten Gleichstromgenerator G und einen Erreger B, bei dem es sich um einen parallel erregten Gleichstromgenerator mit geringer Leistung handelt.
Der Gleichstrommotor D treibt den Arbeitskörper der Maschine an. Die Erregerwicklungen des Generators OVG und des Motors ATS werden vom Erreger B versorgt. Durch Ändern des Widerstands des Erregerkreises des Generators G durch Rheostat 1 wird die am Anker des Motors D anliegende Spannung und damit die Die Drehzahl des Motors wird reguliert. In diesem Fall arbeitet der Motor mit vollem und konstantem Fluss, da der Rheostat 2 entfernt wird.
Bei einer Änderung der Spannung U ändert sich die Drehzahl n0 der idealen Motorleerlaufdrehzahl D. Da sich der Motorfluss und sein Ankerkreiswiderstand nicht ändern, bleibt die Steigung b konstant. Daher liegen die geradlinigen mechanischen Eigenschaften, die unterschiedlichen U-Werten entsprechen, untereinander und parallel zueinander (Abb. 2).
Reis. 1. Systemgenerator – Gleichstrommotor (dpt)
Reis. 2. Mechanische Eigenschaften des Generators – Gleichstrommotorsystem
Sie haben eine größere Steigung als die Kennlinien desselben aus dem Konstantnetz gespeisten Elektromotors, da im G-D-System die Spannung U bei konstantem Erregerstrom des Generators mit zunehmender Belastung entsprechend der Abhängigkeit abnimmt:
wo z.B. bzw. rg — e. usw. pp. und der Innenwiderstand des Generators.
In Analogie zu Asynchronmotoren bezeichnen wir
Dieser Wert charakterisiert die Abnahme der Motordrehzahl, wenn die Last von Null auf Nennlast ansteigt. Für parallele mechanische Eigenschaften
Dieser Wert nimmt zu, wenn n0 abnimmt. Bei großen Sn-Werten ändern sich die angegebenen Schnittbedingungen bei zufälligen Lastschwankungen erheblich. Daher liegt der Spannungsregelbereich normalerweise unter 5:1.
Mit abnehmender Nennleistung der Motoren nimmt der Spannungsabfall an den Motoren zu und die mechanischen Kennlinien werden steiler. Aus diesem Grund verringert sich der Spannungsregelbereich des G-D-Systems mit abnehmender Leistung (bei Leistungen kleiner 1 kW auf 3:1 bzw. 2:1).
Wenn der magnetische Fluss des Generators abnimmt, wirkt sich die entmagnetisierende Wirkung seiner Ankerreaktion stärker auf seine Spannung aus. Daher weisen die mit niedrigen Motordrehzahlen verbundenen Eigenschaften tatsächlich eine größere Steigung auf als die mechanischen Eigenschaften.
Die Erweiterung des Regelbereichs wird durch die Reduzierung des magnetischen Flusses des Motors D mittels Rheostat 2 (siehe Abb. 1) erreicht, der bei vollem Strom des Generators erzeugt wird. Diese Art der Drehzahlregelung entspricht Kennlinien oberhalb der natürlichen eins (siehe Abb. 2).
Der Gesamtregelbereich, der dem Produkt der Regelbereiche beider Methoden entspricht, erreicht (10 – 15): 1. Die Spannungsregelung ist eine konstante Drehmomentregelung (da der Magnetfluss des Motors unverändert bleibt). Die Regelung durch Änderung des magnetischen Flusses des Motors D ist eine Konstantleistungsregelung.
Vor dem Starten des Motors wird der D-Rheostat 2 (siehe Abb. 1) vollständig entfernt und der Motorfluss erreicht den höchsten Wert. Dann erhöht der Rheostat 1 die Erregung des Generators G. Dadurch steigt die Spannung und die Drehzahl des Motors D steigt. Wenn die Spule OVG unmittelbar an die volle Spannung UB des Erregers B angeschlossen wird, erhöht sich der Strom in ihr, wie in jedem Stromkreis mit Induktivität und aktivem Widerstand:
Dabei ist rv der Widerstand der Erregerspule, LB ihre Induktivität (vernachlässigen Sie den Effekt der Sättigung des Magnetkreises).
In Abb. In Abb. 3, a (Kurve 1) zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit des Erregerstroms von der Zeit. Der Erregerstrom steigt allmählich an; die Steigerungsrate wird durch das Verhältnis bestimmt
wobei Tv die elektromagnetische Zeitkonstante der Erregerwicklung des Generators ist; es hat die Dimension der Zeit.
Reis. 3. Änderung des Erregerstroms im G-D-System
Die Änderung der Generatorspannung beim Start hat ungefähr den gleichen Charakter wie die Änderung des Erregerstroms. Dadurch kann der Motor automatisch starten, wenn der Rheostat 1 entfernt ist (siehe Abb. 1).
Der Anstieg des Erregerstroms des Generators wird oft beschleunigt (erzwungen), indem im Anfangsmoment an die Erregerwicklung eine Spannung angelegt wird, die über dem Nennwert liegt. Dann wird der Prozess der Erregungserhöhung entlang der Kurve 2 fortgesetzt (siehe Abb. 3, a ). Wenn der Strom in der Spule Iv1 erreicht, der dem stationären Erregerstrom bei Nennspannung entspricht, wird die Spannung der Erregerspule auf den Nennwert reduziert. Die Anstiegszeit des Erregerstroms auf den Nennwert wird verkürzt.
Um die Erregung des Generators zu erzwingen, wird die Erregerspannung V (siehe Abb. 1) 2-3 mal höher als die Nennspannung der Erregerspule des Generators gewählt und ein zusätzlicher Widerstand 4 in den Stromkreis eingefügt. …
Das Generator-Motor-System ermöglicht regeneratives Bremsen. Zum Stoppen ist es notwendig, dass der Strom im Anker seine Richtung ändert. Auch das Drehmoment ändert sein Vorzeichen und statt Antrieb wird es zum Bremsen. Das Stoppen erfolgt, wenn der magnetische Fluss des Motor-Rheostaten 2 zunimmt oder wenn die Generatorspannung bei Rheostat 1 abnimmt. In beiden Fällen, z.B. usw. c. E des Motors wird größer als die Spannung U des Generators.In diesem Fall arbeitet Motor D im Generatormodus und wird durch die kinetische Energie der bewegten Massen in Rotation versetzt, und Generator G arbeitet im Motormodus und dreht die IM-Maschine mit übersynchroner Drehzahl, die gleichzeitig in den Generatormodus wechselt und versorgt das Netzwerk mit Strom.
Das regenerative Bremsen kann durchgeführt werden, ohne die Rheostate 1 und 2 zu beeinflussen. Sie können einfach den Erregerstromkreis des Generators öffnen (z. B. Schalter 3). In diesem Fall nimmt der Strom in einem geschlossenen Stromkreis, bestehend aus der Erregerwicklung des Generators und dem Widerstand 6, allmählich ab
wobei R der Widerstandswert von Widerstand 6 ist.
Der dieser Gleichung entsprechende Graph ist in Abb. dargestellt. 3, geb. Eine allmähliche Abnahme des Erregerstroms des Generators entspricht in diesem Fall einer Erhöhung des Widerstands von Rheostat 1 (siehe Abb. 1) und führt zu einer regenerativen Bremsung. In dieser Schaltung ist der parallel zur Erregerwicklung des Generators geschaltete Widerstand 6 ein Entladewiderstand. Es schützt die Isolierung der Erregerwicklung vor Beschädigung im Falle einer plötzlichen Notunterbrechung des Erregerkreises.
Wenn der Erregerkreis unterbrochen wird, nimmt der magnetische Fluss der Maschine stark ab und induziert E in den Windungen der Erregerspule. usw. c. Die Selbstinduktivität ist so groß, dass es zum Durchbruch der Wicklungsisolierung kommen kann. Durch den Entladewiderstand 6 entsteht ein Stromkreis, in dem z. usw. c. Die Selbstinduktion der Feldspule induziert einen Strom, der die Abnahme des magnetischen Flusses verlangsamt.
Der Spannungsabfall am Entladewiderstand ist gleich der Spannung an der Feldspule.Je niedriger der Wert des Entladewiderstands ist, desto niedriger ist die Spannung der Erregerspule, wenn der Stromkreis unterbrochen ist. Gleichzeitig nimmt mit abnehmendem Widerstandswert des Entladewiderstands der im Normalbetrieb kontinuierlich durch ihn fließende Strom und die darin enthaltenen Verluste zu. Bei der Auswahl des Entladungswiderstandswertes müssen beide Bestimmungen berücksichtigt werden.
Nach dem Abschalten der Erregerwicklung des Generators verbleibt aufgrund des Restmagnetismus eine kleine Spannung an seinen Anschlüssen. Dies kann dazu führen, dass der Motor langsam mit der sogenannten Kriechgeschwindigkeit dreht. Um dieses Phänomen zu beseitigen, wird die Erregerwicklung des Generators nach dem Trennen vom Erreger mit den Klemmen des Generators verbunden, so dass die Spannung aus dem Restmagnetismus einen Entmagnetisierungsstrom in der Erregerwicklung des Generators verursacht.
Um den Elektromotor D umzukehren, wird die Stromrichtung in der Erregerspule des Generators OVG G mit Schalter 3 (oder einem anderen ähnlichen Gerät) geändert. Aufgrund der erheblichen Induktivität der Spule nimmt der Erregerstrom allmählich ab, ändert die Richtung und steigt dann allmählich an.
Die Prozesse des Startens, Stoppens und Reversierens des Motors im betrachteten System sind äußerst wirtschaftlich, da sie ohne den Einsatz von im Anker enthaltenen Rheostaten durchgeführt werden. Das Starten und Abbremsen des Motors erfolgt mit leichten und kompakten Geräten, die nur kleine Feldströme steuern. Daher wird der Einsatz dieses „Generator-Gleichstrommotor“-Systems für Arbeiten mit häufigen Starts, Bremsen und Umkehrungen empfohlen.
Die Hauptnachteile des Motor-Generator-Gleichstromsystems sind ein relativ geringer Wirkungsgrad, hohe Kosten und die Umständlichkeit aufgrund der großen Anzahl elektrischer Maschinen im System. Der Preis des Systems übersteigt den Preis eines asynchronen Käfigläufermotors mit gleicher Leistung um das 8- bis 10-fache. Darüber hinaus, z elektrisches Antriebssystem erfordert viel Platz.