Sistema generador: motor de CC
Varias máquinas herramienta a menudo requieren un control continuo de la velocidad de accionamiento en un rango más amplio que el que puede proporcionarse ajustando el flujo magnético. Motor DC con excitación paralela… En estos casos, se utilizan sistemas de accionamiento eléctrico más complejos.
En la Fig. 1 muestra un diagrama de un accionamiento eléctrico ajustable según un sistema generador-motor (abreviado G — D). En este sistema, un motor de inducción IM hace girar continuamente un generador de CC G excitado de forma independiente y un excitador B, que es un generador de CC de baja potencia excitado en paralelo.
El motor DC D impulsa el cuerpo de trabajo de la máquina. Los devanados de excitación del generador OVG y el motor ATS son alimentados por el excitador B. Al cambiar la resistencia del circuito de excitación del generador G por el reóstato 1, el voltaje aplicado a la armadura del motor D cambia, y por lo tanto el se regula la velocidad del motor. En este caso, el motor funciona a flujo pleno y constante porque se retira el reóstato 2.
Cuando cambia el voltaje U, la velocidad cambia n0 la velocidad de ralentí ideal del motor D. Dado que el flujo del motor y la resistencia del circuito del inducido no cambian, la pendiente b permanece constante. Por lo tanto, las características mecánicas rectilíneas correspondientes a diferentes valores de U se ubican una debajo de la otra y paralelas entre sí (Fig. 2).
Arroz. 1. Sistema generador - motor DC (dpt)
Arroz. 2. Características mecánicas del generador: sistema de motor de CC
Tienen una pendiente mayor que las características del mismo motor eléctrico alimentado desde la red constante, ya que en el sistema G — D la tensión U a una corriente de excitación constante del generador disminuye al aumentar la carga según la dependencia:
donde por ej. y rg — e, respectivamente. etc. pp. y la resistencia interna del generador.
Por analogía con los motores asíncronos, denotamos
Este valor caracteriza la disminución de la velocidad del motor cuando la carga aumenta de cero a nominal. Para características mecánicas paralelas
Este valor aumenta a medida que n0 disminuye. Con valores grandes de sn, las condiciones de corte especificadas cambiarán significativamente con fluctuaciones de carga aleatorias. Por lo tanto, el rango de regulación de tensión suele ser inferior a 5:1.
A medida que la potencia nominal de los motores disminuye, la caída de voltaje en los motores aumenta y las características mecánicas se vuelven más pronunciadas. Por este motivo, el rango de regulación de tensión del sistema G-D se reduce a medida que disminuye la potencia (para potencias inferiores a 1 kW a 3:1 o 2:1).
A medida que disminuye el flujo magnético del generador, el efecto desmagnetizador de su reacción de armadura afecta su voltaje en mayor medida. Por lo tanto, las características asociadas con las bajas velocidades del motor en realidad tienen una pendiente mayor que las características mecánicas.
La expansión del rango de control se logra reduciendo el flujo magnético del motor D por medio del reóstato 2 (ver Fig. 1), producido a pleno flujo del generador.Este método de regulación de velocidad corresponde a características ubicadas por encima de la natural uno (ver Fig. 2).
El rango de control total, igual al producto de los rangos de control de ambos métodos, alcanza (10 — 15): 1. La regulación de voltaje es un control de par constante (ya que el flujo magnético del motor permanece sin cambios). La regulación cambiando el flujo magnético del motor D es una regulación de potencia constante.
Antes de arrancar el motor, el reóstato D 2 (ver Fig. 1) se retira por completo y el flujo del motor alcanza el valor más alto. Luego, el reóstato 1 aumenta la excitación del generador G. Esto hace que aumente el voltaje y aumente la velocidad del motor D. Si la bobina OVG se conecta inmediatamente al voltaje completo UB del excitador B, la corriente en él, como en cualquier circuito con inductancia y resistencia activa, aumentará:
donde rv es la resistencia de la bobina de excitación, LB es su inductancia (desprecie el efecto de la saturación del circuito magnético).
En la Fig. 3, a (curva 1) muestra un gráfico de la dependencia de la corriente de excitación con el tiempo. La corriente de excitación aumenta gradualmente; la tasa de aumento está determinada por la relación
donde Tv es la constante de tiempo electromagnética del devanado de excitación del generador; tiene la dimensión del tiempo.
Arroz. 3. Cambio de la corriente de excitación en el sistema G-D
El cambio en el voltaje del generador en el arranque tiene aproximadamente el mismo carácter que el cambio en la corriente de excitación. Esto permite que el motor arranque automáticamente con el reóstato 1 retirado (ver Fig. 1).
El aumento en la corriente de excitación del generador a menudo se acelera (forza) aplicando en el momento inicial al devanado de excitación un voltaje que excede el nominal Luego, el proceso de aumento de la excitación continuará a lo largo de la curva 2 (ver Fig. 3, a ). Cuando la corriente en la bobina alcanza Iv1, igual a la corriente de excitación en estado estable a la tensión nominal, la tensión de la bobina de excitación se reduce a la nominal. Se reduce el tiempo de subida de la corriente de excitación a la nominal.
Para forzar la excitación del generador, el voltaje del excitador V (ver Fig. 1) se selecciona 2-3 veces más alto que el voltaje nominal de la bobina de excitación del generador y se introduce una resistencia adicional 4 en el circuito. …
El sistema generador-motor permite el frenado regenerativo. Para detenerse, es necesario que la corriente en la armadura cambie de dirección. El par también cambiará de signo y en lugar de conducir, se convertirá en frenado. La parada se produce cuando aumenta el flujo magnético del reóstato del motor 2 o cuando disminuye la tensión del generador con el reóstato 1. En ambos casos, p. etc. C. E del motor se vuelve más alto que el voltaje U del generador.En este caso, el motor D opera en modo generador y es impulsado a girar por la energía cinética de las masas en movimiento, y el generador G opera en modo motor, girando la máquina IM a velocidad supersíncrona, que al mismo tiempo cambia a modo generador y suministra energía a la red.
El frenado regenerativo se puede realizar sin afectar los reóstatos 1 y 2. Simplemente puede abrir el circuito de excitación del generador (por ejemplo, el interruptor 3). En este caso, la corriente en un circuito cerrado que consiste en el devanado de excitación del generador y la resistencia 6 disminuirá gradualmente
donde R es la resistencia de la resistencia 6.
La gráfica correspondiente a esta ecuación se muestra en la Fig. 3, b. Una disminución gradual en la corriente de excitación del generador en este caso es equivalente a un aumento en la resistencia del reóstato 1 (ver Fig. 1) y provoca un frenado regenerativo. En este circuito, la resistencia 6 conectada en paralelo con el devanado de excitación del generador es una resistencia de descarga. Protege el aislamiento del devanado de excitación contra daños en caso de una interrupción repentina de emergencia del circuito de excitación.
Cuando se interrumpe el circuito de excitación, el flujo magnético de la máquina disminuye bruscamente, induce e en las vueltas de la bobina de excitación. etc. c) la autoinductancia es tan grande que puede hacer que se rompa el aislamiento del devanado. La resistencia de descarga 6 crea un circuito en el que e. etc. c) la autoinducción de la bobina de campo induce una corriente que frena la disminución del flujo magnético.
La caída de tensión en la resistencia de descarga es igual a la tensión en la bobina de campo.Cuanto menor sea el valor de la resistencia de descarga, menor será el voltaje de la bobina de excitación cuando se rompa el circuito. Al mismo tiempo, con una disminución en el valor de resistencia de la resistencia de descarga, la corriente que fluye continuamente a través de ella en modo normal y las pérdidas aumentan. Ambas disposiciones deben tenerse en cuenta al seleccionar el valor de la resistencia de descarga.
Después de que se apaga el devanado de excitación del generador, queda un pequeño voltaje en sus terminales debido al magnetismo residual. Esto puede hacer que el motor gire lentamente a lo que se conoce como velocidad lenta. Para eliminar este fenómeno, el devanado de excitación del generador, después de desconectarse del excitador, se conecta a los terminales del generador de modo que el voltaje del magnetismo residual provoque una corriente desmagnetizante en el devanado de excitación del generador.
Para invertir el motor eléctrico D, la dirección de la corriente en la bobina de excitación del generador OVG G se cambia usando el interruptor 3 (u otro dispositivo similar). Debido a la importante inductancia de la bobina, la corriente de excitación disminuye gradualmente, cambia de dirección y luego aumenta gradualmente.
Los procesos de arranque, parada e inversión del motor en el sistema considerado son altamente económicos, ya que se realizan sin el uso de reóstatos incluidos en el inducido. El motor se arranca y se desacelera utilizando un equipo liviano y compacto que controla solo pequeñas corrientes de campo. Por lo tanto, este sistema "generador - motor DC" se recomienda para trabajos con arranques, frenos e inversiones frecuentes.
Las principales desventajas del sistema motor-generador-CC son la eficiencia relativamente baja, el alto costo y la incomodidad debido a la presencia de una gran cantidad de máquinas eléctricas en el sistema. El precio del sistema supera el precio de un motor asíncrono de jaula de ardilla con la misma potencia de 8 a 10 veces. Además, tal sistema de accionamiento eléctrico requiere mucho espacio.