Система генератор – двигатель и тиристорный преобразователь – двигатель

В начале 50 – х и конце 40 – х годов начали появляться электронные системы управления. Это дало возможность значительно улучшить электропривод постоянного тока. Одними из первых появились газозаполненные выпрямители – тиратроны. Они стали использоваться в качестве возбудителей в электроприводе постоянного тока (зачастую в системах генератор — двигатель). Появление таких устройств позволило применять замкнутые системы управления вместо разомкнутых. Однофазные электронно — вакуумные выпрямители применялись в электроприводах мощностью до 10 кВт.

В конце 50 –х  начали появляться полупроводниковые элементы такие как тиристоры и диоды. Сначала их изготавливали маломощными и область их применения ограничивалась регулированием возбуждения, где они потихоньку вытесняли электронно – вакуумные приборы благодаря надежности, долговечности, уменьшению габаритов и увеличению производительности.

Но техника не стояла на месте и мощность полупроводниковых элементов постепенно росла. Через некоторое время они начали вытеснять электронно – вакуумные приборы и с якорных цепей электроприводов. Сперва кремниевые диоды начали применяться в регулируемых электроприводах постоянного тока с реакторами насыщения. Ниже показана функциональная схема:

Такие системы более надежные чем системы генератор – двигатель и обеспечивают производительность повыше, чем система генератор – двигатель, но их стоимостные и габаритные показатели будут похуже системы генератор – двигатель.

В начале 1960 – х годов появились мощные тиристоры. После их появления машинные преобразователи потеряли всякий интерес проектировщиков, все их внимание сосредоточилось на проектировании электроприводов по системе тиристорный преобразователь – двигатель (ТП — Д). С тех пор и по сей день практически везде используют тиристорный электропривод. Тиристорный привод стал активно вытеснять систему генератор – двигатель, которая активно внедрялась в течении полувека. Структурная схема ТП – Д показана ниже:

Электропривод с системой ТП – Д имеет следующие преимущества над системой Г – Д (генератор двигатель):

• Тиристорный электропривод значительно снизил инерционность системы и повысил быстродействие работы установки, механизма;
• Он довольно безотказен в работе и прост в эксплуатации;
• КПД преобразователя не ниже 95%;
• Малая масса и габаритные размеры, что позволяет уменьшить площадь, необходимую для расположения устройства;
• Как правило имеет блочную компоновку тиристоров, что позволяет при выходе какого – то тиристора из строя быстро его заменить.

Но имея достоинства она также имеет и недостатки:

• На выходе преобразователя присутствуют пульсации тока и напряжения, что вызывает проблемы с коммутацией а также нагрев электродвигателя. Для улучшения энергетических показателей как правило требуется установка фильтров.
• Довольно низкий коэффициент мощности при использовании глубокого регулировании скорости вращения двигателя. В системе Г – Д если используют в качестве приводной синхронную машины, то регулирования ее потока позволит сохранить высокий коэффициент мощности.
• Перегрузочная способности ниже чем в Г – Д.
• Напряжения питающей сети искажается, что в большинстве случаев приводит к установке дополнительных фильтров для улучшения гармонического состава сети.
• При торможении электродвигателя при использовании Г – Д рекупирация энергии в сеть происходит естественно, то для ТП – Д необходимо применять специальные схемы включения, что ведет к дополнительным затратам.

Простое регулирование скорости электродвигателя вы можете посмотреть здесь: