Система Г—Д (рис. 1) состоит из двигателя постоянного тока с независимым возбуждением М2, непосредственно связанного с рабочим механизмом (исполнительный двигатель). Он питается электрической энергией от генератора G, приводимого во вращение двигателем M1. Обмотки возбуждения генератора LG и двигателя LM2 получают питание от независимого источника постоянного тока с неизменным напряжением.
Первичный двигатель M1, вращающий якорь генератора G, представляет собой механический или электрический двигатель, причем приводимый им генератор не требует ни реверсирования, ни регулирования частоты вращения.
Основным требованием, предъявляемым к первичному двигателю, является жесткость его механической характеристики, поэтому механические двигатели снабжают всережимными регуляторами частоты вращения, а электрические выбирают с жесткой характеристикой. Итак, первичный двигатель вращается с n = const и не реверсируется
Исполнительный двигатель управляется изменением значения и направления тока в обмотках возбуждения LG и LM2.
Механическая характеристика исполнительного двигателя в си-стеме Г—Д подобна механическим характеристикам двигателя с независимым возбуждением.
Естественная механическая характеристика 0 (см. рис. 2.3) возможна при номинальной частоте вращения генератора и отсутствии добавочных резисторов в цепях возбуждения генератора и исполнительного двигателя.
Рис. 1. Система генератор — двигатель
Ее наклон несколько больше, чем характеристики двигателя, работающего от сети, так как к сопротивлению якоря двигателя добавляется сопротивление якоря генератора.
При увеличении сопротивления реостата R1 уменьшаются ток возбуждения генератора и его э.д.с. Частота вращения двигателя М2 при этом уменьшится (характеристика 3).
Увеличение сопротивления реостата R2 вызывает уменьшение магнитного потока двигателя М2, частота вращения его увеличится (характеристика 2).
Двигатель реверсируется изменением направления тока в обмотке возбуждения генератора, при этом меняется направление его э. д. с. и тока в цепи якоря двигателя (магнитный поток двигателя остается неизменным).
Механические характеристики системы Г—Д жесткие. Для предотвращения поломок механизма необходимо ограничивать максимальный момент двигателя М2, что достигается смягчением характеристик.
Существуют следующие способы смягчения механических характеристик исполнительного двигателя: применение исполнительного электродвигателя со смешанным возбуждением; применение генератора со смешанным возбуждением и встречно включенной последовательной обмоткой.
Использование последовательной обмотки у исполнительного двигателя (рис. 2, а) позволяет получить более мягкие характеристики (рис. 2, б) по сравнению с характеристиками двигателя только с независимым возбуждением. Однако этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что при реверсировании двигателя изменяется направление тока в обмотке LM2.2 и она начинает противодействовать обмотке LM2.1, размагничивая двигатель. Во избежание этого последовательную обмотку включают не непосредственно в цепь якоря, а через мостовой полупроводниковый выпрямитель U, обеспечивающий постоянное направление тока в ней.
Применение размагничивающей обмотки генератора лишено указанного недостатка, поэтому используется наиболее часто.
Принцип смягчающего действия размагничивающей обмотки LG2 (рис. 3, а) заключается в следующем: с увеличением нагрузки исполнительного двигателя ток якоря увеличивается, размагничивающее действие обмотки возрастает, э.д.с. генератора и частота вращения двигателя уменьшаются.
Рис. 2. Электродвигатель со смешанным возбуждением в системе Г—Д
Механические характеристики показаны на рис. 3, б. Искривленная форма характеристик 0,1,3 объясняется насыщением генератора. При насыщенном генераторе размагничивающее влияние обмотки меньше, чем при ненасыщенном, в начале участка характеристики более жесткие, а затем при больших нагрузках насыщение исчезает и характеристики становятся круче. Если же ток независимой обмотки возбуждения генератора невелик и насыщение отсутствует, характеристика становится прямой (характеристика 2).
При изменении направления тока в независимой обмотке возбуждения генератора меняется направление тока в якоре и последовательной обмотке возбуждения; таким образом, размагничивающее действие последовательной обмотки сохраняется.
Торможение исполнительного двигателя в системе Г — Д выполняют всеми методами, рассмотренными в статье "Регулирование частоты вращения, пуск, реверсирование и торможение электродвигателей постоянного тока".
Преимущества системы Г — Д:
- возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне до 16:1;
- быстрый разгон исполнительного двигателя без помощи пускового реостата, т. е. с минимальными потерями энергии;
- легкий пуск первичного двигателя, вращающего невозбужденный генератор;
- быстрое и четкое торможение исполнительного электродвигателя.
- низкий к.п.д. всей системы, вызванный многократным преобразованием энергии;
- большие массы, стоимость и габаритные размеры, инерционность.
Рис. 3. Генератор с размагничивающей обмоткой в системе Г—Д
Следует отметить, что снижение к. п. д. в значительной мере компенсируется возможностью экономичного управления исполнительным электродвигателем при его пуске и регулировании частоты вращения. Эта экономия энергии особенно заметна в электроприводах, требующих частых пусков и реверсов двигателя.
Вместо системы Г — Д целесообразно использовать систему управляемый выпрямитель — двигатель постоянного тока (УВ—Д), силовая цепь которой приведена на рис. 4.
Рис. 4. Силовые цепи электропривода в системе управляемый выпрямитель — двигатель
К якорю двигателя М приложено выпрямленное напряжение, регулируемое с помощью полупроводникового выпрямителя VI — V6, собранного по мостовой схеме. Силовая цепь выпрямителя состоит из трех тиристоров VI — V3 и трех неуправляемых диодов V4 — V6. Управление осуществляют изменением фазы открытия тиристоров.
Система УВ — Д имеет по сравнению с системой Г—Д следующие преимущества: отсутствует вращающийся преобразователь; высокий к.п.д. (к.п.д. выпрямителя 0,96 - 0,99); малая инерционность.
