Ранее наиболее доступным источником электрической энергии были сети постоянного тока неизменного напряжения. Такие системы обычно ограничивались крупными промышленными городами. Соответственно промышленность в качестве приводных электродвигателей использовала только машины постоянного тока.
Регулирование скорости вращения таких машин осуществлялось по потоку возбуждения. Это вызывало большое количество проблем, связанных с коммутацией и соответственно скорым выходом из строя коллекторного узла. Это обуславливалось тем, что ток якоря существенно больше тока возбуждения и его регулирование (тогда в качестве регулирующего устройства применялись резисторы) вызывало большие потери мощности, а также тем, что процессы коммутации в коллекторном узле на то время были очень плохо изучены. Поэтому большинство таких электродвигателей работало без регулирования параметров. Схема установки:
Но с развитием промышленных технологий автоматически росли и требования к электроприводам, все больше исследований проводилось в этой области. Значительных успехов при решении проблем процессов коммутации достигли благодаря новым конструкциям обмоток дополнительных и главных полюсов. Но это не решало проблему управления двигателем постоянного тока.
Довольно большим прорывом в области данного рода электропривода стало появление на свет в 1890-е годы системы генератор – двигатель или системы Леонардо. Схема показана ниже:
В данной системе питание якоря электродвигателя производится напрямую от генератора без каких либо преобразовательных устройств. Приводной двигатель генератора вращается с постоянной скорость ω = const. Регулирование выходного напряжения генератора производится изменением потока возбуждения генератора, при этом не возникает проблем в коммутирующем узле (коллекторе). Это связано с тем, что коэффициент пульсаций генератор и двигателя как правило не отличаются или отличаются не существенно. Данная система позволяет регулировать напряжения якоря двигателя от 0 до Umax.
Если двигатель работает с постоянной мощностью Р = const, то регулируют только ток возбуждения машины, а если с постоянным моментом М = const, то регулируют только напряжение и ток якоря. Включения электроприводов по такой схеме впервые обеспечило широкий диапазон и большую точность (на то время) регулирования координат при этом процессы коммутации происходят довольно надежно. Характеристики такой системы:
Также прогресс не обходил и машины переменного тока и системы производства, распределения и преобразования электрической энергии переменного напряжения. Усовершенствованные двигатели переменного напряжения стали активно применяться на производстве в качестве нерегулируемых электроприводов. Они привлекали проектировщиков все больше и больше своей простотой, относительно невысокой стоимость и меньшими (в сравнении с машинами постоянного напряжения) массогабаритными показателями. На строящихся заводах активно внедрялись системы электроснабжения переменного тока. Предприятия работающие на постоянном токе впоследствии были переведены на переменный. Впоследствии в качестве приводных двигателей для систем генератор – двигатель стали использовать машины переменного напряжения. Схема показана ниже:
В начале своего развития система генератор – двигатель не имела какого-то особенного конструктивного облика. Установка, сборка и монтаж производились в соответствии с предоставляемыми производственными площадями. В начале 1940 – х начали появляться модульные конструкции системы генератор – двигатель. Регулирующую аппаратуру, приводной двигатель и генератор стали объединять в общие блоки управления электроприводом.
Установка генератор – двигатель обладает следующими достоинствами:
- Отсутствие пульсаций якорного тока;
- Большие кратковременные перегрузки;
- Регулирование скорости в обеих направления в любом допустимом диапазоне;
- Рекуперация энергии в сеть при генераторном режиме работы электродвигателя;
Также есть и недостатки:
- Очень высокие капитальные затраты;
- Большие массогабаритные показатели;
- Необходимость смазки вращающихся частей и их проверка;
- При выходе из строя длительное время ремонта;
- Очень низкий КПД, не выше 80%;
