2tom252

6. NAPĘD ELEKTRYCZNY -506

6.4. Metody oraz układy regulacji i stabilizacji prędkości silników prądu stałego

6.4.1. Układ generator-silnik

Racjonalna i ekonomiczna zarówno regulacja, jak i stabilizacja prędkości obrotowej silników prądu stałego możliwa jest tylko przez odpowiednią zmianę napięcia twornika lub napięcia wzbudzenia.

Tradycyjnym już — obecnie stosowanym tylko w przypadkach największych mocy silników przy ograniczonych mocach zwarciowych systemów energetycznych — jest napęd w układzie generator-silnik, znany pod nazwą układu Leonarda. Schemat układu napędowego pokazano na rys. 6.48.

Silnik przetwornicy M (indukcyjny lub synchroniczny) napędza prądnicę G o regulowanym prądzie wzbudzenia i_/c. Twornik prądnicy, w którym jest indukowane napięcie wewnętrzne e_G jest połączony z twornikiem silnika S. który może mieć regulowany prąd wzbudzenia i_fs. Prędkość kątową silnika w stanie ustalonym wyraża wzór

£2 _ ^.U^cO/g) ~ ig(RgG + ^<is) _ ^eG~¹a^u    ,,

w

w którym: Q_M — stała lub nieznacznie zmieniająca się prędkość silnika przetwornicy; <y_e(i_fc), Y_e(i_/s) — strumienie skojarzone rotacyjnie z uzwojeniami twornika prądnicy lub silnika zależne od odpowiednich prądów wzbudzenia i_fG lub i_fs; R_aC, R_aS — rezystancje obwodu tworników generatora i silnika.

Rys. 6.48. Schemat układu generator-silnik M — silnik przetwornicy. G — generator obcowzbudny, 5 silnik obcowzbudny

£

Rys. 6.49. Charakterystyki statyczne układu generator-silnik

/ — przy stałym wzbudzeniu silnika i zmiennym napięciu generatora. 2 — przy stałym napięciu generatora i regulowanym wzbudzeniu silnika

Osiągalne statyczne charakterystyki podano na rys. 6.49. Przy stałym prądzie wzbudzenia silnika uzyskuje się rodzinę prostych równoległych z prędkościami biegu jałowego Q_0x = e₀./'P_Mf,.. Po osiągnięciu znamionowego napięcia przez prądnicę, charakterystyki zmieniają nachylenie ze wzrostem prędkości biegu jałowego Q_ax = e_Gfj/'ł'_i._s.

Układ generator-silnik pozwala na osiągnięcie dowolnych prędkości obrotowych silnika w granicach jego możliwości konstrukcyjnych. Zmiana kierunku przepływu energii p_rzy odpowiedniej regulacji prądów wzbudzenia zapewnia ekonomiczne hamowanie z odzyskiwaniem energii zarówno potencjalnej, jak i kinetycznej układu napędzanego

_    ~ ®_ ^eG~^eS > Q

^la~ «.,;•! Ks    R.

przy czym: e_s — wewnętrzne napięcie indukowane w tworniku silnika: R_u = R_aG + Ręs

_uogólniona rezystancja obwodu tworników silnika i generatora, w którą wlicza się

zależną od prądu rezystancję przejścia na szczotkach.

Właściwości dynamiczne układu generator-silnik pracującego bez sprzężeń zwrotnych mogą być interesujące dla porównania z innymi układami oraz dla interpretacji fizykalnej zjawisk zachodzących w różnych stanach pracy silnika roboczego.

Transmitancja operatorowa generatora obcowzbudncgo pracującego ze stałą prędkością obrotową Q_m = const, przy założeniu nic osiągania stanu nasycenia obwodu magnetycznego, jest wyrażona wzorem

G_c(s) ^:

= k_G-

1

«/c(^s)    1+s7}_g

a funkcja warunków początkowych

(6.105)

Oc(s) = ^eo,    (6-106)

1 +sT_fo

Schemat generatora i odpowiednie oznaczenia pokazano na rys. 6.50. Stała czasowa obwodu wzbudzenia T_ro = l._fG'R_fG zawiera się w granicach między 0,5 s dla maszyn

Rys. 6.50. Generator obcowzbudny: al schemat i oznaczenia; b) / charakterystyka e_G = /(t_/c), 2 - aproksymacja liniowa e_G = k_Gi_/G

małych a 4,0 s dla maszyn o mocy kilku megawatów. Charakterystyka magnesowania może być z dobrym przybliżeniem aproksymowana linią prostą. Obwód główny tworników generatora i silnika zawiera wspomniane już rezystancje R_aC + R_aS = R_u oraz indukcyjności własne, na których pojawia się napięcie

d/„

(L_g + L_s)—— - e_L

Zmiany prądu di_a/dr wymuszane napięciem e_G — zmieniającym się stosunkowo wolno ze względu na dużą stalą czasową 7}_c — są również powolne. Pozwala to na nieuwzględnienie indukcyjności tworników L_r; + L_s. Wówczas prędkość silnika ¹

«(*) =

1

+*T_m