Введение

1. Введение. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Цели и задачи курса

В XX веке основным источником механической энергии становится более совершенный (по сравнению с паровым) электрический двигатель. Благодаря более высокому КПД, меньшим массогабаритным показателям, большим возможностям в области реализации управления электродвигатель в качестве приводного устройства получил широчайшее распространение. В настоящее время более 85% всех приводов с мире – электрические.

Целью учебного курса является знакомство студентов с возможностями и функциями электропривода, его электромеханическими свойствами, принципами регулирования и вопросами выбора мощности электродвигателей.

Целью дисциплины «Электропривод» является изучение общих физических закономерностей электропривода, особенностей взаимодействия элементов электро-механической системы, характера статических и динамических процессов в разомкнутых и замкнутых системах. В результате изучения курса обучающийся должен научится объяснять характер процессов и зависимостей, уметь анализировать влияние изменений параметров, настроек системы и внешних воздействий на работу привода и механизма, строить механические и электромеханические характеристики различных двигателей и электропривода в целом.

1.2. Состав курса и его место в системе обучения

В курсе рассматриваются следующие основные вопросы.

1) Общие сведения. Даны основные определения автоматизированного электропривода, этапы развития, классификация и области применения.

Рекомендуемые материалы

2) Механика электропривода. Приведение моментов и сил сопротивления, виды моментов сопротивления, механические характеристики производственных механизмов. Уравнение движения электропривода, установившийся и переходные режимы работы привода.

3) Электромеханические свойства электропривода постоянного тока (ЭППТ). Классификация двигателей по способу возбуждения, МХ и ЭМХ ДПТ с НВ, естественные и искусственные характеристики электродвигателя, двигательные и тормозные режимы ДПТ с НВ.

4) Электромеханические свойства электропривода переменного тока. Синхронный и асинхронный электродвигатели. Механические характеристики. естественные и искусственные характеристики электродвигателя, двигательные и тормозные режимы АД.

5) Регулирование угловой скорости электропривода. Понятие «регулирование» и показатели качества регулирования. Регулирование скорости ДПТ и АД.

5) Основы выбора мощности электродвигателей. Нагреве и охлаждении двигателей. Классификация режимов работы двигателя по нагреву. Методы проверки двигателей по нагреву.

7) Системы управления электроприводами. Рассмотрены релейно-контакторные и полупроводниковые системы управления.

1.3. Этапы развития, структура, понятие и основные элементы АЭП

С помощью автоматизированного электропривода осуществляются необходимые перемещения в металлорежущих станках, различных перерабатывающих машинах, транспортных средствах, в подъемных установках и т.д. Главным потребителем производимой электроэнергии является электропривод (ЭП).

Различают 3 этапа развития электропривода:

Первый этап: групповой ЭП – 1 двигатель передает механическую энергию нескольким агрегатам. Не очень совершенен – не может регулировать скорость каждого привода отдельно. Регулирование скорости возможно с помощью механической передачи.

Второй этап: индивидуальный ЭП – каждая рабочая машина имеет свой электродвигатель, привод также и управляет системой.

Третий этап: многодвигательный ЭП – когда вместо одного двигателя для движения рабочего органа применяют несколько двигателей.

Электроприводом (часто автоматизированным) называется электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управления их технологическими процессами, состоящий из передаточного устройства, электродвигателя, преобразовательного и управляющего устройств.

Особенность АЭП состоит в том, что переработка информации, необходимая для управления потоками энергии, осуществляется автоматически. Благодаря применению АЭП человек освобождается не только от тяжелого физического труда, но с него снимаются также функции соответствующей переработки информации.

Выделяют три основных элемента:

1) механическая часть привода, включающая передаточный механизм и исполнительный механизм (он же РО). Предназначена для передачи механической энергии к исполнительному органу рабочей машины и для изменения вида и скорости движения и усилия (момента вращения).

2) электродвигательное устройство (ЭМП), предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую или механическую в электрическую.

3) система управления (управляющее устройство), состоящая из силовой преобразовательной части, управляющего устройства, задающего устройства и датчиков обратных связей. Интеллектуальная часть электропривода.

1.4. Классификация типов электроприводов

1.4.1. По роду тока

Электропривод постоянного и переменного тока. В настоящее время наблюдается тенденция перехода к приводу переменного тока (асинхронному). Связано это с рядом факторов: меньшая стоимость вследствие простоты конструкции, возможность получения лучшей динамики. Основной недостаток – бо’льшая сложность математического описания и законов управления.

1.4.2. По способу распределения механической энергии

1) Групповой ЭП обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и её распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. В настоящее время практически не применяется ввиду технического несовершенства. Уступил место индивидуальному и взаимосвязанному приводам.

2) Индивидуальный привод по сравнению с групповым обладает рядом преимуществ:

производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность труда вследствие облегчения управления отдельными механизмами. Индивидуальный электропривод отличается более лучшими энергетическими показателями. Значительно упрощаются механические передачи, повышается точность работы привода. При использовании индивидуального ЭП создаются наиболее благоприятные условия для автоматизации работы машин и технологических процессов. Такой ЭП широко применяется в сложных металлорежущих станках, прокатных станах, экскаваторах, подъемно-транспортных машинах, роботах и др.

3) Взаимосвязанный ЭП имеет два или несколько электрически или механически связанных между собой двигателей. Примером взаимосвязанного ЭП может служить привод цепного конвейера большой протяженности. Исполнительным органом такого конвейера служит цепь, приводимая в движение несколькими двигателями, установленными по длине конвейера. Взаимосвязанный ЭП широко применяется в транспортных установках, бумагоделательных машинах, текстильных агрегатах, прокатных станах металлургического производства и т.д. Одной из разновидностей взаимосвязанного ЭП является многодвигательный привод – это электропривод, в котором несколько двигателей работают на общий вал.

По виду движения различают реверсивный и нереверсивный ЭП поступательного либо вращательного движения.

1.4.3. По степени управляемости

1) нерегулируемый – для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной скоростью, параметры привода меняются только в результате возмущающих воздействий;

2) регулируемый - скорость рабочего органа может изменяться в указанных пределах, параметры привода могут меняться под воздействием управляющего устройства;

3) программно-управляемый – скорость вращения изменяется согласно некоторой программе;

4) следящий – автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определённой точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

5) адаптивный – автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.

            1.4.4. По роду передаточного устройства

1) Редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение рабочему органу машины через редуктор

2) Безредукторный – передача движения осуществляется непосредственно к рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.

            1.4.5. По уровню автоматизации

1) Неавтоматизированный. Управление осуществляется в ручную. Применяется в установках малой мощности, бытовой и медицинской технике.

2) Автоматизированный. Регулирование параметров происходит автоматически, управляющие команды задаются вручную.

3) Автоматический. Управляющие воздействия вырабатываются автоматически, без участия оператора.

1.5. Область применения и тенденции развития автоматизированного электропривода производственных механизмов

Вместе с этой лекцией читают "Часть 1".

Индивидуальный автоматизированный электропривод получил широкое распространение в самых различных областях жизни – от промышленного производства до сферы быта. Широта применения определяется большим диапазоном мощностей и большими возможностями по автоматизации и управлению, а также энергоэффективности электропривода. ЭП обеспечивает большие возможности по регулированию потока энергии. Находят применение современные системы программного управления технологическими процессами, устройства, оптимизирующие по каким либо критериям работу электропривода и механизма, развивается использование принципов адаптивного автоматического управления.

            Первой особенностью развития электропривода является расширение области применения регулируемого электропривода, главным образом за счет количественного и качественного роста регулируемых электроприводов переменного тока благодаря достигнутым в настоящее время успехам в области полупроводниковой техники.

            Второй особенностью развития современного привода является интенсивное 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. Широко внедряется микропроцессорное управление.

            В качестве третьей особенности развития можно выделить тенденцию к созданию унифицированных блочных устройств.

            Тенденция к упрощению кинематических цепей механизмов ведет к созданию и применению безредукторного привода. Для этих целей применяют тихоходные двигатели с частотой вращения 8-120 об/мин. Несмотря на большие габариты, как правило, применение безредукторного привода оправдывается лучшими энергетическими показателями, большей надежностью и быстродействием. Также в этом направлении идет развитие линейных двигателей, позволяющих максимально упростить кинематику и создать максимальные удобства для оптимального конструирования машин в поступательным движением рабочих органов.

            Ввиду того, что более половины вырабатываемой энергии потребляется электроприводом, к электроприводу предъявляются требования по преобразованию энергии из электрической в механическую с минимальными потерями.