Автоматизированный электропривод

направлению подготовки "Электротехника, электромеханика и электротехнологии"/ В. В. Москаленко. - М.: Академия, 2007. - 360, [1] с.: рис., табл.. - (Высшее профессиональное образование). - (Электротехника).
Дополнительная:
Браславский, И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод: учеб. пособие для студентов вузов/ И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков ; под ред. И. Я. Браславского. - М.: Академия, 2004. - 248, [1] с.: рис., табл.. - (Высшее профессиональное образование). - (Электротехника).
Онищенко, Г. Б. Электрический привод: учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки "Электротехника, электромеханика и электротехнологии"/ Г. Б. Онищенко. - 2-е изд., стер.. - М.: Академия, 2008. - 287, [1] с.: рис., табл.. - (Высшее профессиональное образование). - (Электротехника).
Капунцов, Ю. Д. Электрический привод промышленных и бытовых установок: учеб. пособие по курсу "Электр. привод" для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнология»/ Ю. Д. Капунцов. - 3-е изд., стер.. - М.: Издат. дом МЭИ, 2011. - 223 с.: рис., табл.
Макеев, Г. Н. Электрические схемы типовых лифтов с релейно-контакторными НКУ: учеб. пособие для нач. проф. образования/ Г. Н. Макеев, С. Б. Манухин, И. К. Нелидов. - М.: Академия, 2010. - 61, [2] с.: табл., рис.. - (Непрерывное профессиональное образование)

общем случае из взаимодействующих 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 (ИО) рабочей машины

и механического передаточных устройств, способу передачи механической энергии исполнительным органам.
По виду движения различаются электроприводы вращательного и поступательного однонаправленного и реверсивного движения, а также электроприводы возвратно-поступательного движения.
По принципу регулирования скорости и положения исполнительного органа
электропривод может быть:
нерегулируемый и регулируемый по скорости;
следящий (с помощью электропривода воспроизводится перемещение исполнительного органа в соответствии с произвольно изменяющимся 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).

Два последних типа электроприводов находят применение в подавляющем большинстве случаев

По роду электрического преобразовательного устройства различают:
вентильный электропривод, преобразовательным устройством в котором является тиристорный или транзисторный преобразователь электроэнергии;
система управляемый выпрямитель-двигатель (УВ-Д) – вентильный электропривод постоянного тока, преобразовательным устройством которого является регулируемый выпрямитель напряжения;
система преобразователь частоты – двигатель (ПЧ-Д) – вентильный электропривод переменного тока, преобразовательным устройством которого является регулируемый преобразователь частоты;
система генератор-двигатель (Г-Д) и магнитный усилитель-двигатель (МУ-Д) регулируемый электропривод, преобразовательным устройством которого является соответственно электромашинный преобразовательный агрегат или магнитный усилитель.

По роду механического передаточного устройства различают:
редукторный электропривод, содержащий один из видов механического передаточного устройства;
безредукторный, в котором электродвигатель непосредственно соединен с исполнительным органом.

и взаимосвязанные.

Групповой электропривод характеризуется тем, что от одного двигателя приводится в движение через трансмиссию несколько исполнительных органов одной или нескольких рабочих машин. Кинематическая цепь в таком приводе сложна и громоздка, а сам электропривод является неэкономичным, усложняется его эксплуатация и автоматизация технологических процессов. Вследствие этого трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному.

в движение своим отдельным двигателем.
Этот вид привода в настоящее время является основным, так как при индивидуальном электроприводе упрощается кинематическая передача (в некоторых случаях она полностью исключена) от двигателя к исполнительному органу, легко осуществляется автоматизация технологического процесса, улучшаются условия обслуживания рабочей машины.
Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах, например: в сложных металлорежущих станках, прокатных станах металлургического производства, подъемно-транспортных машинах, роботах- манипуляторах и т.п.

собой индивидуальных ЭП, при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей, или нагрузок, или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе возникает по конструктивным или технологическим соображениям.
Примером многодвигательного взаимосвязанного электропривода с механическим валом может служить привод длинного ленточного или цепного конвейера, привод платформы механизма поворота мощного экскаватора, привод общей шестерни мощного винтового пресса.

одними значениями параметров и/или показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и/или показателей качества. (Отметим, что преобразование параметров может осуществляться по роду тока, напряжению, частоте, числу фаз, фазе напряжения, согласно ГОСТ 18311).
Преобразователи классифицируют по току (постоянного и переменного тока), а также по элементной базе – тиристорные и транзисторные преобразователи.

энергии в механическую или механической в электрическую.
Применяемые в электроприводе электродвигатели могут быть переменного и постоянного тока. По мощности электрические машины можно условно разделить на:
микромашины – до 0,6 кВт.
машины малой мощности – до 100 кВт.
машины средней мощности – до 1000 кВт.
большой мощности – свыше 1000 кВт. По скорости вращения:
тихоходные – до 500 об/мин.
средней скорости – до 1500 об/мин.
быстроходные – до 3000 об/мин.
сверхбыстроходные – до 150000 об/мин.
По номинальному напряжению бывают низковольтные двигатели (до 1000 В) и высоковольтные (выше 1000 В).

электроприводе и представляет собой совокупность функционально связанных между собой электромагнитных, электромеханических, полупроводниковых элементов. В простейшем случае управляющее устройство может сводится к обычному рубильнику, включающему ЭД в сеть. Высокоточные ЭП содержат в управляющем устройстве микропроцессоры и ЭВМ. Информационное устройство предназначено для получения, преобразования, хранения, распределения и выдачи информации о переменных ЭП, технологического процесса и сопредельных систем для использования в системе управления электропривода и внешних информационных системах.

– это механический преобразователь, предназначенный для передачи механической энергии от ЭД к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения. Устройство сопряжения – совокупность электрических и механических элементов, обеспечивающих взаимодействие электропривода с сопредельными системами и отдельных частей электропривода между собой. В качестве передаточного устройства могут выступать редукторы, клиноременные и цепные передачи, электромагнитные муфты скольжения и т.п.

предмета труда. Исполнительный орган рабочей машины – движущийся элемент рабочей машины, выполняющий технологическую операцию.

Система управления электропривода – совокупность управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения ЭП, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.
Система управления электроприводом – внешняя по отношению к электроприводу система управления более высокого уровня, поставляющая необходимую для функционирования электропривода информацию.

всему предприятию и, соответственно, в механическом управлении процессом, т.е. управлении работой исполнительных органов рабочих машин.

подводится непосредственно к РМ, а уже в них происходит ее механическое распределение. Сохраняется механическое управление работой.

регулирования;
опасные условия труда;
малая производительность.

Групповой электропривод был заменен более перспективным и экономичным индивидуальным электроприводом – это "ЭП, обеспечивающий движение одного исполнительного органа рабочей машины"

органов. Также появляется возможность управления механической энергией электрическим способом. Кроме этого, индивидуальный привод позволяет в ряде случаев упростить конструкции РМ, т.к. ЭД нередко конструктивно является рабочим органом (вентилятор, электродрель и т.п.).

Индивидуальный электропривод

электропривода. Но не единственный. В ряде производственных механизмов находит применение взаимосвязанный электропривод – это "два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей и (или) нагрузок и (или) положения исполнительных органов рабочих машин".

Этот тип электропривода объединяет два вида электро- приводов – многодвигательный ЭП и электрический вал.

осуществляется через исполни- тельный орган рабочей машины". Подобный электропривод в ряде случаев позволяет снизить усилия в рабочем органе, распределить их в механизме более равномерно и без перекосов, повысить надежность и производительность установки.

Многодвигательный электропривод применяется в шахтных подъемниках, в частности впервые был использован в Шепетовке в конце XIX века.

исполнительных органов рабочей машины, не имеющих механической связи". В качестве примера можно привести приводы шлюзов и длинные конвейерные линии. На рисунке приведена схема конвейера на асинхронных ЭД с фазным ротором, поясняющая принцип работы электрического вала. Частоты вращения ω1 и ω2, благодаря электрическому соединению роторов электродвигателей, будут одинаковыми или синхронными.

электрический вал

конвейера

традиционным системам, позволяющим возвращать энергию в сеть (этот процесс называется рекуперацией), таким как система генератор-двигатель (система Г-Д), электрический каскад (регулируемый ЭП с АД с фазным ротором, в котором энергия скольжения возвращается в электрическую сеть), электромеханический каскад (регулируемый ЭП с АД с фазным ротором, в котором энергия скольжения преобразуется в механическую и передается на вал ЭД), происходит массовая замена нерегулируемого электропривода на регулируемый. Как следствие этого, конструкция ЭП становится безредукторной, что повышает общий КПД привода. Прогресс в области конструирования преобразовательной техники, в частности, для преобразователей частоты стимулирует замену двигателей постоянного тока и синхронных ЭД на более дешевые и надежные асинхронные ЭД с короткозамкнутым ротором.

изучения это электромеханическая система, являющаяся совокупностью механических и электромеханических устройств, объединенных общими силовыми электрическими цепями и (или) цепями управления, предназначенная для осуществления механического движения объекта. В электроприводе в единое целое объединяется три части : механическая часть, электрический двигатель и система управления.

Функциональная схема ЭП с позиций теории электропривода

передаточное устройство ПУ, исполнительный механизм ИМ, на который передается полезный механический момент Ммех.
В электродвигательное устройство входят: электромеханический преобразователь энергии ЭМП, преобразующий электрическую мощность в механическую, и ротор двигателя РД, на который воздействует электромагнитный момент М двигателя при частоте вращения (угловой скорости) ω.
Система управления (СУ) включает в себя энергетическую часть ЭСУ и информационную часть ИСУ. На ИСУ поступают сигналы от задающих устройств ЗУ и датчиков обратной связи DOC.

с требованиями технологического режима. Движение это совершается механической частью электропривода (МЧ ЭП), в состав которой входит ротор электродвигателя, передаточное устройство и рабочая машина

Приведенные на рисунке параметры обозначают Мв, Мрм, Мио – моменты на валу двигателя, рабочей машины, исполнительного органа; ωв, ωрм , ωио – угловые скорости вала ЭД, рабочей машины, исполнительного органа; Fио, Vио – усилие и линейная скорость исполнительного органа.

движения, обеспечивающий, соответственно, вращательное движение исполнительного органа РМ; выходные параметры – момент ИО механизма Мио и угловая частота вращения ωио;
ЭП поступательного движения, обеспечивающий поступательное линейное движение ИО рабочей машины; выходные параметры – усилие Fио и линейная скорость Vио.

существует также специальный ЭП, называемый колебательным электроприводом, обеспечивающим возвратно-поступательное (вибрационное) движение (как угловое, так и линейное) исполнительного органа РМ.
В механической части ЭП действуют различные виды усилий, моментов, различающиеся характером действия. Конкретно различают статические моменты реактивные Мср и активные Мса.

Классическим примером здесь может служить сухое трение Силы трения всегда противодействуют движению и при реверсе электропривода момент трения, обусловленный этими силами, также меняет направление, а функция Мс(ω) при скорости ω = 0 претерпевает разрыв. Силы трения проявляются в передачах электродвигателя и рабочих машинах

Зависимость статического момента сил сухого трения от скорости

тел. В МЧ ЭП активные моменты возникают в нагруженных элементах (валы, зубчатые зацепления и т.п.) при их деформации, поскольку механические связи не являются абсолютно жесткими. Особенности действия потенциальных моментов наглядно проявляются на примере силы тяжести. При подъеме или спуске груза направление силы тяжести Fj остается постоянным. Иными словами, при реверсе электропривода направление активного момента Мса сохраняется неизменным

Зависимость активного статического момента от скорости, характерная для механизмов подъема грузов

имеется существенное отличие: реактивный момент с изменением направления движения также меняет свое направление, активный же момент сохраняет его постоянным.

Рабочие машины, несмотря на большое многообразие конструкций и выполняемых операций, могут быть классифицированы по виду зависимости статического момента от ряда факторов. Различают укрупненно 5 групп механизмов.

от скорости вращения, то есть Мс(ω) = const. Это значит, что механическая характеристика рабочей машины – зависимость статического момента от частоты вращения – представляет прямую, параллельную оси угловой скорости ω, и претерпевает разрыв при ω = 0 для реактивных статических моментов, например, для ленточного транспортера с равномерной погонной нагрузкой.

Для активных Мс механическая характеристика не зависит от направления движения. Типичным примером является механизм подъемника.

РМ:

где
Мсо – момент механических потерь на трение;
Мсн – статический момент рабочей машины при номинальной скорости вращения ωн;
ω – текущая скорость вращения;
а – коэффициент пропорциональности.

механическую характеристику машин первой группы.
При а = 1 имеем линейную зависимость статического момента от скорости, что присуще, например, генераторам G постоянного тока, работающим на постоянное сопротивление R

Механическая характеристика при а = 1

вентиляторную характеристику (вентиляторы, гребные винты, центробежные насосы и другие подобные механизмы).

Вентиляторная механическая характеристика

При а = -1 имеет место гиперболическая зависимость, характерная для большинства металлорежущих станков, когда с увеличением скорости подачи резца V (соответственно при этом увеличивается усилие резания) снижает скорость обработки детали ω

Гиперболическая механическая характеристика

является функцией угла поворота вала РМ α, то есть Мс = f(α). Это свойственно, например, шатунно-кривошипным и эксцентриковым механизмам, в которых происходит преобразование вращательного движения с частотой вращения ω в возвратно-поступательное движение со скоростью V. Рабочий ход механизма, при котором достигается максимальный статический момент Mcmax , имеет место, например, при 0 ≤ α ≤ 2π , обратный ход с максимальным моментом Mcmax, хх – при π ≤ α ≤ 2π.

Зависимость Мс от угла поворота кривошипа α

зависит одновременно и от угла поворота, и от скорости движения, т.е. Мс = f(a, ω) Подобная зависимость наблюдается при движении электротранспорта на закругленном участке пути.
Пятая группа механизмов – группа РМ, у которых статический момент изменяется случайным образом во времени. К ней можно отнести геологические буровые станки, дробилки крупного дробления и другие подобные механизмы

Зависимость Мс = f(t) при бурении горных пород