Système de générateur — moteur à courant continu

Diverses machines-outils nécessitent souvent un contrôle continu de la vitesse d'entraînement sur une plage plus large que celle qui peut être fournie en ajustant le flux magnétique. Moteur à courant continu à excitation parallèle… Dans ces cas, des systèmes d'entraînement électrique plus complexes sont utilisés.

En figue. 1 montre un schéma d'un entraînement électrique réglable selon un système générateur-moteur (en abrégé G - D). Dans ce système, un moteur à induction IM fait tourner en continu un générateur de courant continu excité indépendamment G et un excitateur B, qui est un générateur de courant continu de faible puissance excité en parallèle.

Le moteur à courant continu D entraîne le corps de travail de la machine. Les enroulements d'excitation du générateur OVG et du moteur ATS sont alimentés par l'excitatrice B. En modifiant la résistance du circuit d'excitation du générateur G par le rhéostat 1, la tension appliquée à l'induit du moteur D est modifiée, et donc la la vitesse du moteur est régulée. Dans ce cas, le moteur fonctionne à flux plein et constant car le rhéostat 2 est supprimé.

Lorsque la tension U change, la vitesse n0 change au ralenti idéal du moteur D. Le flux du moteur et sa résistance du circuit d'induit ne changeant pas, la pente b reste constante. Par conséquent, les caractéristiques mécaniques rectilignes correspondant à différentes valeurs de U sont situées les unes en dessous des autres et parallèlement les unes aux autres (Fig. 2).

Riz. 1. Générateur du système - Moteur à courant continu (dpt)

Riz. 2. Caractéristiques mécaniques du générateur — Système de moteur à courant continu

Ils ont une pente supérieure aux caractéristiques du même moteur électrique alimenté par le réseau constant, car dans le système G — D, la tension U à un courant d'excitation constant du générateur diminue avec l'augmentation de la charge selon la dépendance :

où par ex. et rg — e, respectivement. etc. pp. et la résistance interne du générateur.

Par analogie avec les moteurs asynchrones, on note

Cette valeur caractérise la diminution du régime moteur lorsque la charge passe de zéro à la valeur nominale. Pour des caractéristiques mécaniques parallèles

Cette valeur augmente lorsque n0 diminue. À de grandes valeurs de sn, les conditions de coupe spécifiées changeront considérablement avec les fluctuations de charge aléatoires. Par conséquent, la plage de régulation de tension est généralement inférieure à 5:1.

Lorsque la puissance nominale des moteurs diminue, la chute de tension aux bornes des moteurs augmente et les caractéristiques mécaniques deviennent plus raides. Pour cette raison, la plage de régulation de tension du système G -D se réduit au fur et à mesure que la puissance diminue (pour des puissances inférieures à 1 kW à 3:1 ou 2:1).

Lorsque le flux magnétique du générateur diminue, l'effet démagnétisant de sa réaction d'induit affecte davantage sa tension. Ainsi, les caractéristiques associées aux bas régimes ont en réalité une pente plus importante que les caractéristiques mécaniques.

L'élargissement de la plage de régulation s'obtient en diminuant le flux magnétique du moteur D au moyen du rhéostat 2 (voir Fig. 1), produit à plein débit du générateur.Ce mode de régulation de vitesse correspond à des caractéristiques situées au-dessus du naturel un (voir Fig. 2).

La plage de contrôle totale, égale au produit des plages de contrôle des deux méthodes, atteint (10 — 15) : 1. La régulation de tension est un contrôle de couple constant (puisque le flux magnétique du moteur reste inchangé). La régulation par modification du flux magnétique du moteur D est une régulation à puissance constante.

Avant de démarrer le moteur, le rhéostat D 2 (voir Fig. 1) est complètement retiré et le flux moteur atteint la valeur la plus élevée. Ensuite, le rhéostat 1 augmente l'excitation du générateur G. Cela provoque l'augmentation de la tension et l'augmentation de la vitesse du moteur D. Si la bobine OVG est connectée immédiatement à la pleine tension UB de l'excitateur B, le courant qu'elle contient, comme dans tout circuit avec inductance et résistance active, augmentera:

où rv est la résistance de la bobine d'excitation, LB est son inductance (négliger l'effet de la saturation du circuit magnétique).

En figue. 3, une (courbe 1) montre un graphique de la dépendance du courant d'excitation au temps. Le courant d'excitation augmente progressivement ; le taux d'augmentation est déterminé par le rapport

où Tv est la constante de temps électromagnétique de l'enroulement d'excitation du générateur ; il a la dimension du temps.

Riz. 3. Modification du courant d'excitation dans le système G-D

La variation de la tension du générateur au démarrage a approximativement le même caractère que la variation du courant d'excitation. Cela permet au moteur de démarrer automatiquement avec le rhéostat 1 retiré (voir Fig. 1).

L'augmentation du courant d'excitation du générateur est souvent accélérée (forcée) en appliquant au moment initial à l'enroulement d'excitation une tension supérieure à la valeur nominale, puis le processus d'augmentation de l'excitation se poursuivra le long de la courbe 2 (voir Fig. 3, une ). Lorsque le courant dans la bobine atteint Iv1, égal au courant d'excitation en régime établi à la tension nominale, la tension de la bobine d'excitation est ramenée à la valeur nominale. Le temps de montée du courant d'excitation au nominal est réduit.

Pour forcer l'excitation du générateur, la tension d'excitation V (voir Fig. 1) est sélectionnée 2 à 3 fois supérieure à la tension nominale de la bobine d'excitation du générateur et une résistance supplémentaire 4 est introduite dans le circuit. …

Le système générateur-moteur permet un freinage régénératif. Pour s'arrêter, il faut que le courant dans l'induit change de sens. Le couple changera également de signe et au lieu de rouler, il deviendra freinage. L'arrêt se produit lorsque le flux magnétique du rhéostat moteur 2 augmente ou lorsque la tension du générateur diminue avec le rhéostat 1. Dans les deux cas, par ex. etc. c.E du moteur devient supérieure à la tension U du générateur.Dans ce cas, le moteur D fonctionne en mode générateur et est entraîné en rotation par l'énergie cinétique des masses en mouvement, et le générateur G fonctionne en mode moteur, faisant tourner la machine IM à vitesse supersynchrone, qui passe en même temps en mode générateur et alimente le réseau.

Le freinage régénératif peut être effectué sans affecter les rhéostats 1 et 2. Vous pouvez simplement ouvrir le circuit d'excitation du générateur (par exemple, l'interrupteur 3). Dans ce cas, le courant dans un circuit fermé constitué de l'enroulement d'excitation du générateur et de la résistance 6 diminuera progressivement

où R est la valeur de la résistance 6.

Le graphique correspondant à cette équation est représenté sur la Fig. 3, b. Une diminution progressive du courant d'excitation du générateur équivaut dans ce cas à une augmentation de la résistance du rhéostat 1 (voir Fig. 1) et provoque un freinage régénératif. Dans ce circuit, la résistance 6 connectée en parallèle avec l'enroulement d'excitation du générateur est une résistance de décharge. Il protège l'isolation de l'enroulement d'excitation contre les dommages en cas d'interruption d'urgence soudaine du circuit d'excitation.

Lorsque le circuit d'excitation est interrompu, le flux magnétique de la machine diminue fortement, induit e dans les spires de la bobine d'excitation. etc. c) l'auto-inductance est si grande qu'elle peut provoquer la rupture de l'isolation de l'enroulement. La résistance de décharge 6 crée un circuit dans lequel e. etc. c) l'auto-induction de la bobine inductrice induit un courant qui ralentit la décroissance du flux magnétique.

La chute de tension aux bornes de la résistance de décharge est égale à la tension aux bornes de la bobine de champ.Plus la valeur de la résistance de décharge est faible, plus la tension de la bobine d'excitation est faible lorsque le circuit est coupé. Dans le même temps, avec une diminution de la valeur de résistance de la résistance de décharge, le courant qui la traverse en continu en mode normal et les pertes dans celle-ci augmentent. Les deux dispositions doivent être prises en compte lors de la sélection de la valeur de résistance de décharge.

Après l'arrêt de l'enroulement d'excitation du générateur, une petite tension reste à ses bornes en raison du magnétisme résiduel. Cela peut faire tourner le moteur lentement à ce qu'on appelle la vitesse de fluage. Pour éliminer ce phénomène, l'enroulement d'excitation du générateur, après avoir été déconnecté de l'excitatrice, est connecté aux bornes du générateur de sorte que la tension issue du magnétisme résiduel provoque un courant démagnétisant dans l'enroulement d'excitation du générateur.

Pour inverser le moteur électrique D, le sens du courant dans la bobine d'excitation du générateur OVG G est changé à l'aide de l'interrupteur 3 (ou un autre dispositif similaire). Du fait de l'inductance importante de la bobine, le courant d'excitation diminue progressivement, change de sens puis augmente progressivement.

Les processus de démarrage, d'arrêt et d'inversion du moteur dans le système considéré sont très économiques, car ils sont effectués sans l'utilisation de rhéostats inclus dans l'induit. Le moteur est démarré et ralenti à l'aide d'un équipement léger et compact qui ne contrôle que de petits courants de champ. Par conséquent, ce système "générateur - moteur à courant continu" est recommandé pour les travaux avec démarrages, freinages et inversions fréquents.

Les principaux inconvénients du système moteur-générateur-DC sont un rendement relativement faible, un coût élevé et un encombrement dû à la présence d'un grand nombre de machines électriques dans le système. Le prix du système dépasse le prix d'un moteur asynchrone à cage d'écureuil avec la même puissance 8 à 10 fois. De plus, un tel système d'entraînement électrique nécessite beaucoup d'espace.