Общие сведения об электроприводе
История развития электропривода
Первый электрический привод был осуществлен в 1838 г. петербургским академиком Б. С. Якоби, который на основе разработанного им в 1834 г. двигателя постоянного тока с вращающимся валом использовал его с питанием от гальванической батареи для привода гребных колес прогулочного катера. Вместе с тем, отсутствие экономически целесообразных источников электрической энергии не позволяло на том уровне развития электрического привода использовать его в производстве.
По существу электрический привод стали внедрять в производство и заменять им тепловой и другие приводы машин и механизмов после разработки русским инженером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским в 1889-1891 гг. системы производства, распределения и потребления трехфазного переменного тока, в том числе разработки им трехфазного асинхронного двигателя. Очевидные экономические преимущества централизованного производства электроэнергии трехфазного переменного тока и простота ее распределения привели к тому, что электрический привод, постепенно вытесняя другие виды привода машин и механизмов, занял главенствующее место во многих отраслях народного хозяйства.
Исторически сложилось так, что электрический привод из-за своего исключительного значения и широкого распространения, в результате которого на долю ЭП приходится потребление свыше 60 %вырабатываемой в стране электроэнергии, выделен из общих технологических электроустановок для отдельного рассмотрения.
Электрический привод
Электрическим приводом называют электромеханическую систему, состоящую в обобщенном виде из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением (рис. 1.1).
|
|
Основное назначение электропривода как технологической электроустановки – преобразование электрической энергии в механическую энергию движения исполнительных органов машин и механизмов. В отдельных случаях при реализации генераторных режимов торможения возможно и обратное преобразование энергии.
Электродвигательное устройство обеспечивает непосредственное преобразование электрической энергии в механическую.
Преобразовательное устройство осуществляет преобразование электрической энергии источника в необходимый для электродвигательного устройства вид. В простейшем случае функции преобразовательного устройства в электроприводе выполняет различного рода коммутационная аппаратура: контакторы, магнитные пускатели, тиристорные коммутаторы и т. д. В более сложном случае – управляемые полупроводниковые преобразователи: выпрямители, регуляторы напряжения, преобразователи частоты и т. д.
Рис. 1.1. Функциональная схема автоматизированного электропривода:
М – электродвигательное устройство; ПРБ – преобразовательное устройство; ПРД – передаточное устройство; УУ – управляющее устройство.
Передаточное устройство механическую энергию электродвигательного устройства преобразует в вид, необходимый для потребителя механической энергии. В качестве передаточного устройства в электроприводе используют муфты, ременные и цепные передачи, редукторы. По функциональному назначению передаточное устройство сходно с преобразовательным с тем лишь отличием, что преобразовательное преобразует электрическую энергию, а передаточное – механическую.
|
|
Потребители механической энергии – это исполнительные органы рабочих машин и механизмов различных технологических установок.
Преобразовательное, электродвигательное и передаточное устройства образуют энергетическую часть электропривода.
Информационную часть электропривода представляет управляющее устройство, которое в ряде случаев классифицируют как информационно-управляющее. Оно на входе получает сигналы задания и обратных связей, а на выходе вырабатывает сигналы управления энергетической частью электропривода. В состав управляющего устройства высокого уровня включают микропроцессорные средства, микро- и мини-ЭВМ.
Важный энергетический показатель электропривода – это коэффициент полезного действия (к. п. д.), значение которого при пренебрежении сравнительно малым потреблением электроэнергии устройством управления определяется выражением
(1.1)
где 
, 
, 
, 
– соответственно к. п. д. электропривода, преобразовательного, электродвигательного и передаточного устройств.
Так как значения к. п. д. преобразовательного и передаточного устройств достаточно близки к единице и мало зависят от степени нагрузки, то в целом к. п. д. электропривода определяется значением к. п. д. электродвигательного устройства. Как известно, он тоже достаточно высокий и для электродвигателей вращательного движения составляет при номинальной нагрузке 60-95 %. Меньшие значения к. п. д. соответствуют тихоходным электродвигателям малой мощности. При мощностях же свыше 1 кВт номинальное значение к. п. д. электродвигателей, а соответственно и электропривода, как правило, превышает 70 %.
|
|
Преимущества электропривода – малый уровень шума при работе и отсутствие загрязнения окружающей среды, широкий диапазон мощностей и угловых скоростей, доступность регулирования угловой скорости и соответственно производительности технологических установок, относительная простота автоматизации, монтажа и эксплуатации по сравнению с тепловыми двигателями, например внутреннего сгорания.
Классификация электропривода
По основным характерным признакам электроприводы классифицируют следующим образом.
По способу передачи механической энергии исполнительному органу технологической установки различают: групповой, одиночный, индивидуальный и взаимосвязанный электропривод. В групповом электроприводе электродвигатель приводит в движение несколько исполнительных органов одной или нескольких рабочих машин. В одиночном – один исполнительный орган. В индивидуальном – отдельные части электродвигателя представляют собой часть исполнительного органа, например двигатель и исполнительный орган в виде моторколеса. Во взаимосвязанном электроприводе несколько двигателей осуществляют привод одного исполнительного органа, например привод тягового органа протяженного конвейера несколькими электродвигателями.
По наличию механического передаточного устройства выделяют редукторный электропривод и безредукторный. В редукторном электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор. В безредукторном передача движения от электродвигателя осуществляется либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.
По роду тока и виду электродвигательного устройства различают электроприводы переменного и постоянного тока; асинхронные, синхронные, вентильные и др.
По принципу управления угловой скоростью и положением исполнительного органа различают электропривод: нерегулируемый, регулируемый, следящий, программно-управляемый, адаптивный. Нерегулируемый – предназначен для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий. Регулируемый – для сообщения неизменяемой или изменяемой скорости исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства. Следящий – автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом. Программно-управляемый – управляемый в соответствии с заданной программой. Адаптивный – автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.
По виду используемого преобразовательного устройства различают электроприводы следующих систем: УВ-Д (управляемый выпрямитель – двигатель), ШИП-Д (широтно-импульсный преобразователь – двигатель), МУ-Д (магнитный усилитель – двигатель), ТРН-АД (тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель), ПЧ-АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель) и др.
По степени (уровню) автоматизации электропривод может быть: неавтоматизированным, автоматизированным и автоматическим. Неавтоматизированные электроприводы – с ручным управлением, в производственных процессах по требованиям обеспечения безопасности производства не используют. Автоматизированные электроприводы – управляемые автоматическим регулированием параметров; наиболее распространены асинхронные электроприводы мощностью до 200 кВт с синхронными частотами вращения от 750 до 3000 об/мин, которые имеют невысокую стоимость, просты в монтаже и эксплуатации и обладают повышенной надежностью по сравнению с другими типами электроприводов. Автоматические электроприводы – в которых управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора, обеспечивают гибкое управление технологическими процессами и их полную автоматизацию на основе аппаратных либо программных средств.
Литература
1. Шичков Л.П. Электрический привод. - М.: КолосС, 2006. – 279 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).
2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. – 6-е изд., доп. и перераб. – М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с., ил.
Содержание
1. Общие сведения об электроприводе. 1
1.1. Историческая справка. 1
1.2. Электрический привод. 1
1.3. Классификация электропривода. 4
Литература. 6