Моделирование электромеханических систем.

Раздел 2. Основные элементы электромеханических систем и их математическое представление.

2.1. Определения и основные компоненты эмс.

Электрический привод— это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Определение по ГОСТу Р 50369-92 [1]. 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, рабочая машина в состав привода не входит. Однако, авторы авторитетных учебников включают рабочую машину 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.

Рис.2.1. Функциональная схема электропривода.

Функциональные элементы:

• 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.

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.2.2). По первому транспортируется преобразуемая энергия (широкие стрелки на рис. 2.2.), по второму осуществляется управление потоком энергии, а также сбор и обработка сведений о состоянии и функционировании системы, диагностика ее неисправностей (тонкие стрелки на рис. 2.2).

Рис. 2.2. 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. 2.2).

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.

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 1 т 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.

Перечислим основные существенные элементы, образующие ЭМС:

• Электрический преобразователь – преобразовательное устройство, регулирующее параметры электроэнергии, подводимой к электродвигателю.

• Электромеханический преобразователь — электродвигатель постоянного или переменного тока, преобразовывающий электрическую энергию в механическую.

• Механическая передача (МП) - может изменять скорость вращения двигателя, а также характер движения, согласовывающая параметры механической энергии на валу электродвигателя с рабочей машиной.

• Рабочая машина (РМ) – технологический механизм, рассматриваемый как источник нагрузки на валу электродвигателя.

Для разработки математической модели электропривода конкретной ЭМС необходимо получить достаточно полную информацию обо всех этих компонентах.