Вид электрического привода который управляется автоматическим регулированием параметров и величин

Классификация электроприводов

Электроприводы, используемые в различных технологических установках разнообразны по схемному и конструктивному исполнению, что связано с большим разнообразием рабочих машин.

По виду движения различаются электроприводы вращательного и поступательного однонаправленного и реверсивного движения, а также электроприводы возвратно-поступательного движения. Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями (ЭД) обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено при использовании ЭД вращательного движения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным), либо применением ЭД специального исполнения (линейного, гидродинамического и т. д.).

По степени управляемости электропривод подразделяется на следующие виды:

• 1. Нерегулируемый (электропривод, в котором исполнительный орган рабочей машины приводится в движение с одной постоянной скоростью).
• 2. Регулируемый (электропривод, в котором, скорость движения исполнительного органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса).
• 3. Следящий (электропривод, в котором воспроизводится перемещение исполнительного органа в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом).
• 4. Программно-управляемый (электропривод обеспечивает перемещение исполнительного органа в соответствии с заданной программой).
• 5. Адаптивный (электропривод автоматически обеспечивает оптимальный режим движения исполнительного органа при изменении условий его работы).
• 6. Позиционный (электропривод обеспечивает регулирование положения исполнительного органа рабочей машины).

По способу соединения электродвигателя с исполнительным органом рабочей машины различают:

• 1. Редукторный (электропривод, механическая передача которого содержит редуктор).
• 2. Безредукторный (электропривод, электродвигатель которого непосредственно соединен с исполнительным органом).

По роду электрического преобразователя различают:

• 1. Вентильный электропривод (электропривод в котором преобразовательным устройством является вентильный преобразователь энергии). Разновидностями вентильного электропривода является полупроводниковый электропривод, который в свою очередь делится на тиристорный и транзисторный электропривод.
• 2. Система УВ–Д (вентильный электропривод постоянного тока, преобразовательным устройством которого является управляемый выпрямитель).
• 3. Система ПЧ-Д (вентильный электропривод переменного тока, преобразовательным устройством которого является регулируемый преобразователь частоты).
• 4. Система Г–Д и МУ–Д (электропривод, преобразовательным устройством которого является, соответственно, электромашин- ный преобразователь или магнитный усилитель).

По уровню автоматизации можно различать:

1. Неавтоматизированный электропривод (электропривод, в котором осуществляется ручное управление с помощью оператора).

В настоящее время такой электропривод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.

• 2. Автоматизированный электропривод (электропривод, управляемый автоматическим регулированием параметров).
• 3. Автоматический электропривод (электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора).

Можно классифицировать электропривод по роду тока. Находят применение электроприводы переменного и постоянного тока.

По способу передачи механической энергии исполнительному органу электропривод подразделяется наследующие виды:

• 1. Индивидуальный (электропривод, в котором каждый исполнительный орган рабочей машины приводится в движение отдельным двигателем). Этот вид ЭП наиболее распространенный, так как здесь отсутствуют механические передачи, легко осуществляется автоматизация технологического процесса, улучшаются условия обслуживания рабочей машины.
• 2. Взаимосвязанный (электропривод, в котором имеется два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей или их нагрузок и положение исполнительных органов рабочих машин). Частным случаем взаимосвязанного электропривода является многодвигательный (электропривод, содержащий несколько электродвигателей, механическая связь между которыми осуществляется через исполнительный орган рабочей машины).
• 3. Групповой (электропривод с одним электродвигателем, обеспечивающий движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или несколько исполнительных органов одной рабочей машины).

Электромеханический преобразователь является неотъемлемой частью системы, называемой электроприводом. Поэтому классификацию электропривода можно производить и по электромеханическому преобразователю энергии.

Наибольшее применение получил электромашинный электропривод, который выполняется на основе преобразования энергии по принципу взаимодействия проводников с током в магнитном поле. На этом принципе основано около 90 % всех промышленных электроприводов.

Электромагнитный электропривод используется значительно реже, в основном, в электромагнитных аппаратах и приборах, а также в вибрационных устройствах.

Электростатический электропривод, основанный на взаимодействии электрического поля и зарядов, реализуется в виде емкостных преобразователей, энергоемкость которых при классической конструкции с воздушным зазором значительно уступает электромашинному и даже электромагнитному электроприводу.

В последние годы с развитием пленочных и волоконных структур и микро- и нанотехнологий появилась возможность создания микро- приводов на основе пленочной и волоконной электромеханики, имеющих на два порядка большую энергоемкость по сравнению с классическими электростатическими преобразователями.

Пьезоэлектрический и магнитострикпионный электроприводы используются в настоящее время лишь в оптических устройствах для создания малых перемещений. Однако с развитием микроэлектроники и волоконной техники последние три тина электроприводов имеют перспективу более широкого применения для создания микронных перемещений в микро- и нанотехнологиях. Для сравнения представим энергоемкости различных двигателей:

Магнитные – 1 Дж/кг;

Классические емкостные – 0,1 Дж/кг;

Пленочные и волоконные – 10 Дж/кг;

Гидравлические и внутреннего сгорания – 10 Дж/кг;

Мышцы животных и человека – 500 Дж/кг.

Анализ указанных данных показывает, что для создания микроэлектромеханических систем (МЭМС) наиболее целесообразно использование преобразования энергии электрического поля в механическую, причем необходимо объединение функций двигателя и механизма в одном элементе или микроструктуре. Теоретическое обоснование таких устройств уже разработано на основе создания так называемых интегральных микроструктурных механизмов, объектов, являющихся функциональным аналогом мускула живых организмов.

Электрический привод. Виды, устройство и история электропривода

Электрический привод – это электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. Для выполнения этих функций электропривод вырабатывает механическую энергию за счет электрической энергии, получаемой от источника электрической энергии (сети электроснабжения).

Вырабатываемая электроприводом механическая энергия передается исполнительным органам рабочих машин и механизмов (ленте транспортера или конвейера, шпинделю токарного станка, крыльчатке насоса, кабине лифта и т. д.) и при необходимости регулируется в соответствии с технологическими требованиями к режимам работы исполнительного органа.

За счет полученной энергии исполнительный орган совершает требуемое механическое движение, обеспечивая выполнение производственных и технологических операций: перемещение грузов, обработку деталей, транспортирование жидкости и газа и т. д. Функциональная схема электропривода представлена ниже.

Функциональная схема электропривода: ИЭЭ – источник электрической энергии; СУ – система управления; ЭП – электрический преобразователь; УУ – управляющее устройство; ЭМП – электромеханический преобразователь; РД – ротор двигателя; МП – механический преобразователь; РМ – рабочая машина; ЭД – электрический двигатель; МЧ – механическая часть

Электропривод имеет два канала – силовой и информационный. По первому каналу транспортируется преобразуемая энергия (толстые линии), по второму осуществляются управление потоком энергии (тонкие сплошные линии), а также сбор и обработка сведений о состоянии и функционировании системы, диагностика ее неисправностей (тонкие штрихпунктирные линии).

Силовой канал состоит из двух частей – электрической и механической и обязательно содержит связующее звено – электромеханический преобразователь (ЭМП).

В электрическую часть силового канала входят устройства, передающие электрическую энергию от ее источника (ИЭЭ) к электромеханическому преобразователю и обратно и осуществляющие, если нужно, преобразование параметров электрической энергии. Механическая часть состоит из ротора двигателя (РД), подвижного органа электромеханического преобразователя, механических передач (МП), редуктора или вариатора и исполнительного органа рабочей машины (РМ), в котором полезно реализуется полученная механическая энергия.

В связи с большим ассортиментом рабочих машин электроприводы разнообразны по своему схемному и конструктивному исполнению.

По характеру движения различают электроприводы вращательного и поступательного однонаправленного и реверсивного движения, а также возвратно-поступательного движения.

Вращательное однонаправленное и реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения.

Поступательное движение может быть получено при использовании электродвигателя вращательного движения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным) либо электродвигателя специального исполнения (линейного, гидродинамического и т. д.).

По степени управляемости электроприводы подразделяют на следующие виды:

• нерегулируемый – электропривод, в котором исполнительный орган рабочей машины приводится в движение с одной постоянной скоростью;
• регулируемый – электропривод, в котором скорость движения исполнительного органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса;
• следящий – электропривод, в котором воспроизводится перемещение исполнительного органа в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;
• программно-управляемый – электропривод обеспечивает перемещение исполнительного органа в соответствии с заданной программой;
• адаптивный – электропривод автоматически обеспечивает оптимальный режим движения исполнительного органа при изменении условий его работы;
• позиционный – электропривод обеспечивает регулирование положения исполнительного органа рабочей машины.

По наличию механического преобразователя электроприводы делят на редукторные (электропривод, механическая передача которого содержит редуктор) и безредукторные (электропривод, электродвигатель которого непосредственно соединен с исполнительным органом).

По виду силового электрического преобразователя различают:

• вентильный электропривод, в котором преобразовательным устройством является вентильный преобразователь энергии. Разновидность вентильного электропривода – полупроводниковый электропривод (тиристорный и транзисторный);
• систему УВ–Д – вентильный электропривод постоянного тока, преобразовательным устройством которого является управляемый выпрямитель;
• систему ПЧ–Д – вентильный электропривод переменного тока, преобразовательным устройством которого является регулируемый преобразователь частоты;
• систему Г–Д и МУ–Д – электропривод, преобразовательным устройством которого является соответственно электромашинный преобразователь или магнитный усилитель.

По роду тока различают электроприводы постоянного и переменного тока.

По способу передачи механической энергии исполнительному органу электроприводы подразделяют на следующие виды:

• индивидуальный – электропривод, в котором каждый исполнительный орган рабочей машины приводится в движение отдельным двигателем. Это наиболее распространенный вид электропривода, так как здесь упрощается кинематическая передача (в некоторых случаях она полностью исключена), легко осуществляется автоматизация технологического процесса, улучшаются условия обслуживания рабочей машины;
• взаимосвязанный – электропривод, в котором имеются два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей или нагрузок и положение исполнительных органов рабочих машин. Если электродвигатели взаимосвязанного электропривода работают на общий вал, привод называют многодвигательным;
• групповой – электропривод с одним электродвигателем, обеспечивающий движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины.

По уровню автоматизации различают:

• неавтоматизированный электропривод, в котором осуществляется ручное управление с помощью оператора;
• автоматизированный – электропривод, управляемый автоматическим регулированием параметров;
• автоматический – электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

История электропривода и основные направления его развития

С 1819 по 1834 г. были открыты основные законы электротехники: Эрстеда (действие постоянного тока на магнитную стрелку); Ампера (взаимодействие электрических токов); Ома (связь между током, напряжением и сопротивлением в электрической цепи); Фарадея (закон электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока в катушке индуцируется ЭДС); Ленца (закон электромагнитной инерции).

Первый практически пригодный электродвигатель постоянного тока с вращательным движением вала построил в 1834 г. Мориц Герман в Германии. Электродвигатель состоял из двух групп П-образных электромагнитов. Четыре из них, установленные на неподвижной раме, были соединены последовательно и питались током непосредственно от батареи гальванических элементов.

Четыре электромагнита, установленные на подвижном диске, были подключены к батарее через коммутатор. С его помощью направление тока во вращающихся электромагнитах изменялось 8 раз за один оборот диска. Мощность электродвигателя составляла около 15 Вт из-за большого (12,7 мм) воздушного зазора между вращающимися и неподвижными электромагнитами. Двигатель совершал 80–120 об/мин.

В 1837–1839 гг. Мориц Герман под именем Б.С. Якоби построил в России несколько электроприводов для лодки. Лучший из них развивал мощность 650 Вт и позволял лодке двигаться по течению со скоростью 4 км/ч, а против течения – со скоростью 2,5 км/ч, перевозя 12–14 человек. Несовершенство и малая емкость гальванических элементов надолго затормозили развитие такого электропривода.

В дальнейшем стараниями многих ученых был усовершенствован электродинамический принцип взаимодействия магнитного поля и тока в электрических машинах. В 1860 г. итальянец А. Пачинотти изобрел электродвигатель с кольцевым якорем. В 1867 г. Э.В. Сименс изобрел генератор постоянного тока с электромагнитным самовозбуждением. После создания промышленного электрического генератора (З. Грамм, 1870) электродвигатели постоянного тока получили широкое применение.

В 1880 г. Ф.А. Пироцкий в России применил двигатель постоянного тока для привода трамвайного вагона.

В 1881 г. близ Берлина уже действовала трамвайная линия, а в 1882 г. – троллейбусная линия на постоянном токе.

В 1886 г. Г. Феррарис изобрел вращающееся магнитное поле и предложил идею многофазной машины переменного тока с шестью и более фазами.

В 1889–1891 гг. русский инженер М.О. Доливо-Добровольский, работая в Германии, предложил трехфазную систему токов и основные ее составляющие – трехфазный трансформатор и трехфазный электродвигатель. С тех пор трехфазную систему токов стали широко применять, поскольку она позволяла передавать электрическую энергию на большие расстояния, легко ее трансформировать в различные по величине напряжения.

Электропривод переменного тока также стал быстро развиваться. Первая статья, посвященная электроприводу, появилась в журнале «Электричество» в 1880 г. Ее автор Д.А. Лачинов назвал статью «Электромеханическая работа», точно отображая суть электропривода.

Большой вклад в развитие электропривода внесли российские ученые С.А. Ринкевич, В.К. Попов, А.Т. Голован, Д.П. Морозов, М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер, В.П. Андреев, Ю.А. Сабинин, Л.Б. Гейлер, С.Н. Вешеневский, Н.Ф. Ильинский и многие другие. Созданный институт «ВНИИэлектропривод» внес большой вклад в развитие электропривода.

На сегодняшний день можно выделить следующие основные направления развития электропривода.

Электропривод развивается в сторону повышения точности и удобства управления. Повышение технологических требований к динамическим и точностным показателям электропривода, расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами, и соответствующее возрастание сложности систем управления электроприводами диктует создание систем числового программного управления и расширение использования современной вычислительной техники, создаваемой непосредственно для целей управления на базе микропроцессоров.

Развитие электропривода характеризуется тенденцией к упрощению кинематических цепей машин и механизмов, обусловленной развитием регулируемого индивидуального электропривода. Одно из проявлений этой тенденции – стремление в машиностроении к использованию безредукторного электропривода. Несмотря на повышенные массу и габариты двигателя, применение безредукторных электроприводов оправдано их большей надежностью и быстродействием.

Интересной реализацией рассмотренной тенденции является развитие электроприводов с линейными двигателями, которые позволяют исключить не только редуктор, но и устройства, преобразующие вращательное движение роторов двигателей в поступательное движение рабочих органов машин. Электропривод с линейным двигателем – органическая часть общей конструкции машины, значительно упрощает кинематику и создает максимальное удобство для оптимального конструирования машин с поступательным движением рабочих органов.

Электропривод развивается в сторону экономичности. Особенно острой является проблема рационального проектирования электроприводов с точки зрения энергопотребления. Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов (например, 1 т условного топлива) вдвое дешевле, чем ее добыть. В перспективе это соотношение будет изменяться: добывать топливо становится все труднее, а запасы его все убывают.

Электрический привод

Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) [1] и главным источником механической энергии в промышленности.

Определение по ГОСТу Р 50369-92 [2] Электропривод — электромеханическая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Как видно из определения, исполнительный орган в состав привода не входит. Однако, авторы авторитетных учебников [1] [3] включают исполнительный орган в состав электропривода. Это противоречие объясняется тем, что при проектировании электропривода необходимо учитывать величину и характер изменения механической нагрузки на валу электродвигателя, которые определяются параметрами исполнительного органа. При невозможности реализации прямого привода электродвигатель приводит исполнительный орган в движение через кинематическую передачу. КПД, передаточное число и пульсации, вносимые кинематической передачей также учитываются при проектировании электропривода.

Содержание

Функциональная схема

• Регулятор (Р) предназначен для управления процессами, протекающими в электроприводе.
• Электрический преобразователь (ЭП) предназначен для преобразования электрической энергии сети в регулируемое напряжение постоянного или переменного тока.
• Электромеханический преобразователь (ЭМП) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую.
• Механический преобразователь (МП) может изменять скорость вращения двигателя, а также характер движения (с поступательного на вращательное или с вращательного на поступательное).
• Упр — управляющее воздействие.
• ИО — исполнительный орган.

• Силовая часть или электропривод с разомкнутой системой регулирования.
• Механическая часть. электропривода.

Характеристики привода

Статические характеристики

Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.

Механическая характеристика

Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода. [1]

Электромеханическая характеристика двигателя

Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала ω от тока I.

Динамическая характеристика

Динамическая характеристика электропривода — это зависимость между мгновенными значениями двух координат электропривода для одного и того же момента времени переходного режима работы.

Классификация электроприводов [4]

По количеству и связи исполнительных, рабочих органов.

• Индивидуальный, в котором рабочий исполнительный орган приводится одним самостоятельным двигателем, приводом.
• Групповой, в котором один двигатель приводит в действие исполнительные органы РМ или несколько органов одной РМ.
• Взаимосвязанный, в котором два или несколько ЭМП или ЭП электрически или механически связаны между собой с целью поддержания заданного соотношения или равенства скоростей, или нагрузок, или положения исполнительных органов РМ.
• Многодвигательный, в котором взаимосвязанные ЭП, ЭМП обеспечивают работу сложного механизма или работу на общий вал.
• Электрический вал, взаимосвязанный ЭП, в котором для постоянства скоростей РМ, не имеющих механических связей, используется электрическая связь двух или нескольких ЭМП.

По типу управления и задаче управления.

• Автоматизированный ЭП, управляемый путём автоматического регулирования параметров и величин.
• Программно-управляемый ЭП, функционирующий через посредство специализированной управляющей вычислительной машины в соответствии с заданной программой.
• Следящий ЭП, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.
• Позиционный ЭП, автоматически регулирующий положение исполнительного органа РМ.
• Адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру или параметры устройства управления с целью установления оптимального режима работы.

По характеру движения.

• ЭП с вращательным движением.
• Линейный ЭП с линейными двигателями.
• Дискретный ЭП с ЭМП, подвижные части которого в установившемся режиме находятся в состоянии дискретного движения.

По наличию и характеру передаточного устройства.

• Редукторный ЭП с редуктором или мультипликатором.
• Электрогидравлический с передаточным гидравлическим устройством.
• Магнитогидродинамический ЭП с преобразованием электрической энергии в энергию движения токопроводящей жидкости.

По роду тока.

• Переменного тока.
• Постоянного тока.

По степени важности выполняемых операций.

• Главный ЭП, обеспечивающий главное движение или главную операцию (в многодвигательных ЭП).
• Вспомогательный ЭП.

Подбор электродвигателя

Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.

При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:

• Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду ме­ханической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
• Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имею­щий наименьшие габариты, массу и стоимость.
• Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.

Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.

Алгоритм выбора электропривода

Для некоторых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (краны, лифты), большую часть рабочего цикла двигатель работает на естественной характеристике и только относительно небольшое время работает на искусственной характеристике, обычно на пониженной частоте вращения. В этом случае потери электроэнергии на искусственной характеристике сравнительно невелики, так как мало время работы на ней. Поэтому здесь можно применять простые и дешёвые способы регулирования, даже если они вызывают повышенные потери мощности в обмотках. Поэтому, благодаря простоте реализации метода регулирования скорости путём изменения сопротивления в цепи ротора, такие электроприводы нашли наиболее широкое применение в крановых системах, и сейчас составляют основную часть находящихся в эксплуатации и выпускаемых промышленностью электроприводов. В то же время растет число электроприводов с плавным регулированием скорости, в первую очередь к ним относятся электроприводы по системам «тиристорный преобразователь — двигатель постоянного тока» (ТП-Д) и «преобразователь частоты — асинхронный двигатель» (ПЧ-АД).

Основными типами электродвигателей, которые используются для привода производственных механизмов с регулируемой скоростью движения рабочего органа, являются двигатели постоянного тока и асинхронные с короткозамкнутым или фазным ротором. Наиболее просто требуемые искусственные характеристики получаются у двигателей постоянного тока, поэтому до недавнего времени [когда?] они преимущественно и находили применение для регулируемых электроприводов. С другой стороны, асинхронные двигатели, уступая двигателям постоянного тока по возможностям регулирования частоты вращения, по сравнению с последними проще в изготовлении и эксплуатации и имеют относительно меньшие массу, размеры и стоимость. Именно эти отличительные свойства асинхронных двигателей определили их главенствующее использование в промышленном нерегулируемом электроприводе. В настоящее время двигатели постоянного тока вытесняются короткозамкнутыми асинхронными двигателями с преобразователями частоты, а также синхронными двигателями с постоянными магнитами на роторе и шаговыми. Число выпускаемых двигателей постоянного тока составляет лишь 4-5 % числа двигателей переменного тока и неуклонно снижается [источник не указан 632 дня] .

ЭЛЕКТРОПРИВОД. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Большое число реализуемых с помощью электропривода технологических процессов определяет многообразие уже действующих и вновь создаваемых электроприводов. Между собой они различаются назначением, степенью автоматизации, характером движения двигателя, используемой элементной базой и многими другими признаками, по которым осуществляется их классификация. История электропривода показывает процесс его развития и совершенствования.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управления этим движением электропривод (ЭП) включает в себя совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом электротехнических, электромеханических и механических элементов и устройств. Такая электромеханическая система и получила название электрического привода, общая структурная схема которого приведена на рис. 1.1.

Основным элементом ЭП является электрический двигатель (ЭД), который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой от источника электроэнергии (ИЭЭ) электрической энергии (ЭЭ). В некоторых режимах работы ЭП электродвигатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительных органов (ИО) и работая при этом в генераторном режиме.

От электродвигателя механическая энергия подается на исполнительный орган (ИО) рабочей машины (РМ) через механическую передачу (МП). В некоторых случаях ИО непосредственно соединяется с ЭД, что соответствует так называемому безредукторному ЭП.

Рис. 1.1. Структурная схема электропривода

Электрическая энергия поступает в ЭП от источника электроэнергии через преобразователь электрической энергии (Пр).

Функции управления и автоматизации работы ЭП осуществляются устройством управления (УУ). Это устройство вырабатывает сигнал управления U с использованием сигнала задания (уставки) U , задающего характер движения исполнительного органа, дополнительных сигналов U (сигналов обратных связей), дающих информацию о ходе технологического процесса, характере движения исполнительного органа и работе отдельных элементов ЭП, а также сигналов системы защиты, блокировок и сигнализации U . Сигналы U _с и U поступают от соответствующих датчиков переменных ЭП и технологического оборудования. Для преобразования этих сигналов в состав устройства управления входят устройства сопряжения и обработки поступающей информации. Преобразователь Пр вместе с устройством управления УУ образуют систему управления СУ электропривода.

Итак, электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [4].

Назначение указанных на рис. 1.1 элементов состоит в следующем.

Электродвигатель (ЭД) — электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую, в некоторых режимах работы ЭП — для обратного преобразования энергии. В его качестве используются двигатели постоянного тока с различными видами возбуждения, асинхронные и синхронные двигатели, шаговый двигатель, вентильный и вентильно-индукторный двигатели, двигатели с катящимися и волновыми роторами, редукторные и другие типы двигателей.

Преобразователь электроэнергии (Пр) — электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одних параметров или показателей в электроэнергию других параметров или показателей и управления процессом преобразования энергии. Примерами этих устройств являются выпрямитель, преобразователь частоты, регуляторы напряжения постоянного и переменного тока, инверторы, импульсные преобразователи напряжения.

Механическая передача (МП) — механический преобразователь, предназначенный для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласования вида и скоростей их движения. В ее качестве используются редуктор, волновая передача, передача винт — гайка, реечная, цепная и ременная передачи, кривошипно-шатунный механизм и ряд других механических устройств.

Управляющее устройство (УУ) — совокупность элементов и устройств, предназначенная для формирования управляющих воздействий в ЭП и обеспечивающая взаимодействие ЭП с сопредельными системами и его отдельных частей. В его составе могут использоваться цифровые и аналоговые регуляторы, микропроцессорные средства управления, реле различного типа, устройства памяти, логические устройства, драйверы, цифроаналоговые (ЦАП) и аналого- цифровые (АЦП) преобразователи, разнообразные датчики переменных ЭП и технологического процесса.

Система управления ЭП (СУ) — совокупность преобразователя электроэнергии и устройства управления, предназначенная для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.

Рабочая машина (РМ) — машина, осуществляющая изменение формы, свойств, состояния и положения предметов труда.

Исполнительный орган рабочей машины (ПО) — движущийся элемент рабочей машины, выполняющий технологическую операцию.

ЭП классифицируются по характеру движения, типам электродвигателя и силового преобразователя, количеству используемых электродвигателей, структурам и технической реализации систем управления, наличию или отсутствию механической передачи и т.д. Подробно классификация ЭП приведена в 14], здесь же выделим только наиболее важные ее составляющие.