50.Электропривод. Общие сведения. Общие сведения об электроприводе


50.Электропривод. Общие сведения.

Электропривод определяется как электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. В отдельных случаях в этой системе могут отсутствовать преобразовательное и передаточное устройства. Благодаря преимуществам по сравнению с другими видами приводов он нашел наибольшее распространение в промышленности и является основным средством механизации и автоматизации производственных машин и процессов. Степень совершенства электропривода определяет в конечном счете производительность труда.

Электропривод – это управляемая электромеханическая система. Её назначение – преобразовывать электрическую энергию в механическую и обратно и управлять этим процессом.

Электропривод имеет два канала – силовой и информационный (рис.1.1). По первому транспортируется преобразуемая энергия (широкие стрелки на рис. 1.1), по второму осуществляется управление потоком энергии, а также сбор и обработка сведений о состоянии и функционировании системы, диагностика ее неисправностей (тонкие стрелки на рис. 1.1).

Рис. 1.1. Общая структура электропривода

Силовой канал в свою очередь состоит из двух частей – электрической и механической и обязательно содержит связующее звено- электромеханический преобразователь.

В электрическую часть силового канала входят устройства ЭП, передающие электрическую энергию от источника питания (шин промышленной электрической сети, автономного электрического генератора, аккумуляторной батареи и т.п.) к электромеханическому преобразователю ЭМП и обратно и осуществляющие, если это нужно, преобразование электрической энергии.

Механическая часть состоит из подвижного органа электромеханического преобразователя, механических передач и исполнительного органа установки, в котором полезно реализуется механическая энергия.

Электропривод взаимодействует с системой электроснабжения или источником электрической энергии, с одной стороны, с технологической установкой или машиной, с другой стороны, и наконец, через информационный преобразователь ИП с информационной системой более высокого уровня, часто с человеком – оператором, с третьей стороны (рис. 1.1).

Можно считать, что электропривод как подсистема входит в указанные системы, являясь их частью. Действительно, специалиста по электроснабжению электропривод обычно интересует как потребитель электроэнергии, технолога или конструктора машин – как источник механической энергии, инженера, разрабатывающего или эксплуатирующего АСУ, – как развитый интерфейс, связывающий его систему с технологическим процессом или системой электроснабжения.

Практически все процессы, связанные с механической энергией, движением, осуществляются электроприводом. Исключение составляют лишь автономные транспортные средства (автомобили, самолеты, некоторые виды подвижного состава, судов), использующие неэлектрические двигатели. В относительно небольшом числе промышленных установок используется гидропривод, еще реже – пневмопривод.

Столь широкое, практически повсеместное распространение электропривода обусловлено особенностями электрической энергии – возможностью передвигать ее на любые расстояния, постоянной готовностью к использованию, легкостью превращения в любые другие виды энергии.

Сегодня в приборных системах используются электроприводы, мощность которых составляет единицы микроватт; мощность электропривода компрессора на перекачивающей газ станции – десятки мегаватт, т.е. диапазон современных электроприводов по мощности превышает 1012. Такого же порядка и диапазон по частоте вращения: в установке, где вытягиваются кристаллы полупроводников, вал двигателя должен делать 1 оборот в несколько десятков часов при очень жестких требованиях к равномерности движения; частота вращения шлифовального круга в современном хорошем станке может достигать 150000 об/мин.

Но особенно широк – безгранично широк – диапазон применений современного электропривода: от искусственного сердца до шагающего экскаватора, от вентилятора до антенны радиотелескопа, от стиральной машины до гибкой производственной системы. Именно эта особенность – теснейшее взаимодействие с технологической сферой – оказывала и оказывает на электропривод мощное стимулирующее влияние. Непрерывно растущие требования со стороны технологических установок определяют развитие электропривода, совершенствование его элементарной базы, его методологии. В свою очередь, развивающийся электропривод положительно влияет на технологическую сферу, обеспечивает новые, недоступные ранее возможности.

С энергетической точки зрения электропривод – главный потребитель электрической энергии: сегодня в развитых странах он потребляет более 60% всей производимой электроэнергии. В условиях дефицита энергетических ресурсов это делает особенно острой проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода.

Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1т условного топлива, вдвое дешевле, чем ее добыть. Нетрудно видеть. что в перспективе это соотношение будет изменяться: добывать топливо становится всё труднее, а запасы его всё убывают.

Рассмотрим основные функциональные элементы электропривода:

1) Регуляторы (Р) — нужен для управления процессами и работой электропривода

2) Электрический преобразователь (ЭП) преобразует один тип тока в другой

3) Электромеханический преобразователь (ЭМП) — принцип обычного электродвигателя

4) Механический преобразователь (МП) изменяет скорость вращения двигателя

5) Управление — управляющие воздействие

6) ИО — конечный исполнительный орган (часть)

К функциональным частям можно отнести:

1) Электропривод или силовая часть с разомкнутой системой управления

2) Механическая часть

3) Система управления электрического привода

Разновидности электрических приводов: нерегулируемые, регулируемые, неавтоматизированные, автоматизированные, линейные, вращательные. Качество функционирования электрического привода во многом характеризуется верным выбором применяемого электродвигателя, что обеспечивает надёжную работу электрического привода и довольно высокую рабочую эффективность всех технологических и производственных процессов на транспорте, в существующей промышленности, в строительстве и т.д

studfiles.net

2. Основы электропривода

В настоящее время основным средством приведение в движение рабочих машин является электрический двигатель и, соответственно, основным типом привода служит электрический привод или сокращенно электропривод (ЭП). Причем на современном уровне развития техники электропривод выполняется в виде автоматизированного электропривода (АЭП).

С помощью АЭП осуществляются необходимые перемещения в металлорежущих станках, различных перерабатывающих машинах, транспортных средствах, в подъемных установках и т.д. Более половины производимой электроэнергии потребляется ЭП.

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.

В результате достигается улучшение условий труда занятых в производственном процессе людей, а также значительный рост эффективности процесса производства.

Развитие и совершенствование современного АЭП определяется, прежде всего, прогрессивными решениями в области новых типов электромеханических преобразователей и совершенствованием традиционных электрических машин, развитием силовой преобразовательной техники и электроники, новыми достижениями в теории автоматического управления.

2.1. Общие сведения об электроприводе

2.1.1. Понятие об электроприводе

Основные элементы АЭП показаны на рис. 2.1: РМ – рабочая машина, МПУ – механическое передаточное устройство, ЭДУ – электродвигательное устройство, СПУ – силовое преобразовательное устройство, УУ – управляющее устройство, ЗУ – задающее устройство.

Дадим более подробную характеристику перечисленных элементов АЭП.

Под рабочими машинами понимают механические устройства, осуществляющие изменение формы, свойств, состояния и положение предметов труда или сбор, переработку и использование информации. Примерами рабочих машин для изменения формы предметов труда могут служить металлообрабатывающие станки, прессы, прокатные станы металлургического производства и др. Изменение свойств и состояния предметов труда осуществляется, например, с помощью установок для закалки, нанесения покрытий, химических установок, компрессоров и др. Для изменения местоположения объектов используются подъемные краны, лифты, эскалаторы, конвейеры,

электрифицированные транспортные средства и др. Учитывая столь широкую область применения АЭП, можно сказать, что он охватывает практически все области современной техники.

Электродвигательное устройство является в электроприводе основным элементом, преобразующим механическую энергию в электрическую. В качестве ЭДУ используются асинхронные двигатели синхронные двигатели, двигатели постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения, шаговые, вентильные двигатели и др.

Механическая энергия от ЭДУ передается к исполнительным органам РМ через механическое передаточное устройство (механический редуктор, цепная передача, ходовая пара «винт-гайка» и т.д.). МПУ позволяет при необходимости преобразовать выходные переменные ЭДУ в требуемые для приведения в движения РМ. Например, преобразовать вращательное движение вала двигателя в линейное перемещение суппорта токарного станка, понизить с помощью редуктора частоту вращения вала двигателя, обеспечить необходимую величину момента или усилия на исполнительном органе РМ.

Для создания регулирующего воздействия на ЭДУ используется силовое преобразовательное устройств. На вход СПУ поступают сигналы от управляющего устройства.

Желаемые значения регулируемых переменных задаются с помощью задающего устройства.

Современные АЭП при жестких требованиях к качеству регулирования выходных переменных выполняются в виде замкнутых систем автоматического управления. При этом на входы УУ кроме сигналов задания поступают сигналы обратной связи, формируемые датчиками обратных связей Д1, Д2, и т.д., например, сигналы пропорциональные частоте вращения двигателя д, моменту на валу двигателя, моменту Mио и скорости Vио исполнительного органа, и др. В замкнутой системе УУ формирует командные сигналы на СПУ в функции сигналов рассогласования, получаемых в результате сравнения задающих сигналов с сигналами соответствующих датчиков обратных связей.

Учитывая изложенное, можно сказать:

автоматизированным электроприводом называется электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления их технологическими процессами, состоящая из задающего, управляющего, силового преобразовательного, электродвигательного и механического передаточного устройств.

В тех случаях, когда нет жестких требований к качеству управления движением исполнительных органов рабочей машины, используются более простые привода, состоящие из силового выключателя и электродвигателя.

С точки зрения способов распределения механической энергии разнообразные ЭП можно разделить на 3 вида: групповой, индивидуальный, взаимосвязанный.

Групповой ЭП применялся на первых этапах развития техники привода и обеспечивал движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной и той же машины. Передача механической энергии и ее распределение в этом случае осуществлялось от одного двигателя с помощью трансмиссий. Очевидные недостатки такого привода – громоздкость механических связей, сложность управления движением каждого исполнительного органа. Вследствие этого групповой ЭП в настоящее время почти не применяется..

В индивидуальном ЭП управление движением каждого исполнительного органа обеспечивается отдельным двигателем, что упрощает механические передачи, облегчает управление движением, позволяет достичь более высоких энергетических показателей.

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.

studfiles.net

Заключение

В методическом пособии рассмотрены конструкции, механические и электромеханические характеристики, асинхронных и синхронных машин, приведены основные соотношения для трансформаторов.

Даны общие понятия об электроприводе, более подробно рассмотрены способы регулирования скорости, тормозные режимы машин постоянного тока, принципы построения систем автоматического управления двигателями постоянного тока независимого возбуждения.

Такой выбор материала определяется тем, что в настоящее время в промышленности и на транспорте в качестве регулируемого электропривода наиболее широкое применение получил электропривод постоянного тока.

Рассмотренные вопросы, конечно же, не исчерпывают всего многообразия применяемых и перспективных электромеханических преобразователей и электроприводов.

В частности, в качестве тяговых двигателей на транспорте в настоящее время широко используются двигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения, имеющие наиболее привлекательные для транспортных механизмов характеристики. В автономных транспортных средствах, например, тепловозах питание двигателя постоянного тока последовательного возбуждения осуществляется от генератора постоянного тока, приводимого в движение от дизеля. Наряду с генераторами постоянного тока на автономных транспортных средствах используются синхронные генераторы. При этом двигатель получает питание через выпрямитель. Использование синхронного генератора вместо генератора постоянного тока существенно улучшает массогабаритные показатели установки.

В настоящее время в качестве перспективного рассматривается тяговый электропривод с асинхронным двигателем с частотным регулированием скорости. Асинхронный двигатель по своим эксплуатационным свойствам, массогабаритным показателям значительно превосходит двигатель постоянного тока и имеет более низкую стоимость. Однако необходимость выпрямителей и достаточно сложных преобразователей частоты в значительной мере ослабляет эффект снижения стоимости и массогабаритных показателей регулируемого электропривода с асинхронными двигателями. С принципами построения частотно-регулируемых приводов можно познакомиться в специальной литературе.

Вопросы для самопроверки по разделу 2 «Основы электропривода»

Тема 1. Общие сведения об электроприводе

  1. Что понимают под ЭП?

  2. Перечислите основные элементы ЭП.

  3. Приведите примеры электродвигательных устройств, используемых в ЭП.

  4. Приведите примеры рабочих машин, приводимых в движение ЭП.

  5. Для чего служит механическое передаточное устройство в ЭП?

  6. Для чего служит силовое преобразовательное устройство в ЭП?

  7. Вал электродвигателя соединен с рабочей машиной через редуктор. Движение исполнительного органа рабочей машины – вращательное. Известны:момент статического сопротивления на валу исполнительного органаMио=22 Н*м, передаточное отношение редуктораiр=10, КПД редуктора=0,9.Рассчитайтемомент сопротивления, приведенный к валу двигателя.

  8. Вал электродвигателя соединен с рабочей машиной через редуктор. Движение исполнительного органа рабочей машины – поступательное. Известны:сила сопротивления на исполнительном органеFио=200 Н, радиус приведения кинематической схемы=10, КПД редуктора=0,9. Рассчитайтемомент сопротивления, приведенный к валу двигателя.

  9. Вал электродвигателя соединен с рабочей машиной через редуктор. Движение исполнительного органа рабочей машины – вращательное. Известны:момент инерции исполнительного органаJио=0,25 кг*м2, момент инерции двигателя Jд=0,05 кг*м2, передаточное отношение редуктораiр=10, КПД редуктора=0,9. Рассчитайтемомент инерции, приведенный к валу двигателя (инерционностью элементов редуктора при расчете пренебречь).

10. Вал электродвигателя соединен с рабочей машиной через редуктор. Движение исполнительного органа рабочей машины – поступательное.

Известны:масса перемещаемых частей исполнительного органаm=200 кг, момент инерции двигателя Jд=0,06 кг*м2, радиус приведения кинематической схемы=10.Рассчитайтемомент инерции, приведенный к валу двигателя (инерционностью элементов редуктора при расчете пренебречь).

  1. Что понимают под механической характеристикой рабочей машины?

  2. Что понимают под механической характеристикой электродвигателя?

  3. Приведите примеры механических характеристик рабочих машин.

  4. Приведите примеры механических характеристик электродвигателей.

  5. Запишите уравнение движения ЭП. Расшифруйте входящие в него переменные.

  6. Как будет изменяться частота вращения ЭП, если момент сопротивления механизма больше момента двигателя?

  7. Как будет изменяться частота вращения ЭП, если момент сопротивления механизма меньше момента двигателя?

  8. Что понимают под статической устойчивостью ЭП?

studfiles.net

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПОВ ЭКГ-8 И ЭКГ-8И » Портал инженера

Основное требование, предъявляемое к электроприводу главных рабочих механизмов, состоит в том, чтобы приводной двигатель при рабочих нагрузках обеспечивал максимальную частоту вращения, которая автоматически уменьшалась бы при достаточно большом увеличении нагрузки. В режиме же стопорения рабочего механизма, вызванного его вынужденной остановкой, например, при встрече ковша с непреодолимым препятствием, вращающий момент двигателя не должен превышать определенной, безопасной для привода и механизма, величины – стопорного момента. Поэтому механическая характеристика n = f(М) (рис. 1) обычно имеет вид ломаной линии abc и состоит из рабочего участка ab, почти параллельного горизонтальной оси, и нерабочего наклонного (падающего) участка bc.

Выполнение электропривода. Требуемые механические экскаваторные характеристики приводов главных рабочих механизмов одноковшовых экскаваторов типовЭКГ-8 и ЭКГ-8И обеспечиваются следующим образом: каждый главный рабочий механизм РМ - подъема, поворота и напора (рис. 2) оборудуется двигателем постоянного тока Д независимого возбуждения, питающимся от отдельного генератора Г, напряжение которого может регулироваться от 0 до полного значения (+Uг или –Uг) при помощи задающего устройства (командоконтроллера КК, электромашинного усилителя поперечного поля ЭМУ или силового магнитного усилителя СМУ и т. п.), включенного в цепь возбуждения генератора. Такая система регулируемого электропривода называется системой с отдельным генератором или системой генератор – двигатель (Г – Д ).

В основе действия такой системы автоматизированного электропривода лежит известное положение, что система Г – Д постоянного тока обеспечивает линейную зависимость частоты вращения двигателя от возбуждения генератора. Автоматически изменяя, тем или иным способом, величину и направление сигнала (магнитного потока возбуждения генератора), можно изменять напряжение генератора, а следовательно, частоту и направление вращения двигателя и рабочего механизма, связанного с ним, и таким образом получать требуемые механические экскаваторные характеристики.

В системах автоматизированного электропривода главных механизмов экскаватора, изображённых на рис. 2, как и в любой системе автоматического регулирования и управления, имеются цепи воздействия: прямая и обратные.

П р я м а я  (основная) цепь воздействия имеет одно назначение; управлять частотой и направлением вращения двигателя. Начало этой направленной цепи воздействия называется  в х о д о м  системы управления; конец – в ы х о д о м. Соответственно различают входные и выходные величины системы (или элементов системы). Входной величиной рассматриваемых систем является основной управляющий сигнал, воздействующий на сигнал возбуждения генератора. Выходной величиной является напряжение генератора Uг.

По прямой цепи воздействий основной управляющий сигнал передается последовательно от одного элемента системы к другому (прямая связь), в противоположность обратной связи.

На рис. 2,а, в прямую цепь воздействия последовательно включены: командоконтроллер КК, промежуточный магнитный ПМУ и электромашинный ЭМУ усилители, генератор Г, двигатель Д; далее воздействие передаётся непосредственно рабочему механизму РМ.

О б р а т н ы м и  цепями воздействия, или связями, называются цепи, питающиеся от последующих элементов системы и оказывающие воздействие на предыдущие элементы (воздействие выходной величины системы или звена на вход). В зависимости от характера величины,

 

обусловливающей прохождение тока в цепи оратной связи, цепь может быть обратной связью по напряжению (обмотка ОН ПМУ на рис. 2,а. или обмотка ОН СМУ нарис. 2,б.), по току (обмотка ОТ ПМУ на рис. 2,а. или обмотка ОТ СМУ на рис. 2,б.), по скорости и т. п.

Ограничение момента в экскаваторных электроприводах обеспечивается ограничением тока якоря. Поэтому в цепи обратной связи по току имеется нелинейньий элемент (СМУ на рис. 2,б. или Uср на рис. 2,а.), обеспечивающий формирование падающей экскаваторной характеристики. Перечисленные обратные связи в системе экскаваторного электропривода являются главными или основными.

Обратные связи, действующие согласно с основным управляющим сигналом (входным сигналом), называются положительными обратными связями, а действующие встречно — отрицательными. Если воздействие выходной величины непрерывно и пропорционально значению регулируемой величины, то обратная связь называетс жесткой.

Система автоматического регулирования и управления, где выходная величина связана с ее входом через подобные основные обратные связи, называется замкнутой. В замкнутой системе Г – Д помимо основных обратных связей бывают еще другие — вспомогательные, промежуточные обратные связи для целей стабилизаци системы и улучшения качества регулирования.

Стабилизирующие связи, как и рассмотренные выше основные обратные связи, связывают выход отдельных звеньев или всей системы с их входом. В отличие от основных жёстких связей, стабилизирующие связи называют гибкими, так как величина выходного сигнала гибких связей пропорциональна не самим выходным величинам, а скорости или ускорению изменения одной величины.

Если жёсткие связи служат для поддержания выходной величины постоянной (например, скорости привода) или для регулирования выходной величины по заданному закону, то гибкие связи служат для поддержания скорости изменений выходной величины постоянной, например для ограничения ускорения в переходных процессах или регулирования скорости изменения выходной величины по заданному закону. Кроме того, гибкие связи служат для достижения устойчивой работы системы.

Требуемая длительность переходных процессов в системе Г—Д достигается соответствующим изменением напряжения, подводимого к обмотке возбуждения генератора. Для сокращения длительности переходных процессов к обмотке возбуждения генератора подают повышенное напряжение, а для замедления нарастания Uг — пониженное напряжение. В первом случае задающее устройство, управляющее магнитным полем генератора (ЭМУ или СМУ), выбирается с запасом по напряжению для создания повышенного напряжения, а сам процесс при этом называется   ф о р с и р о в а н и е м (ускорением). Более подробно о действии различных обратных связей в системе автоматического регулирования и управления электроприводом экскаваторов ЭКГ-8 и

ЭКГ-8И будет изложено ниже.

Благодаря жёстким и гибким обратным связям по току и напряжению в замкнутых системах Г – Д достигается автоматическое формирование требуемых экскаваторных механических характеристик.

В системе Г – Д (см. рис. 2.) имеются главная якорная цепь и цепь управления с управляющим элементом (регулятором).

Обсудить на форуме

ingeneryi.info


Смотрите также