1. Загальні відомості про електроприводи і їх класифікація
Автоматизованим електроприводом називається електромеханічна система, що складається з електродвигунового, перетворювального, передатного й керуючого пристроїв, призначених для надавання руху виконавчих органів робочої машини й керування цим рухом.
Структурна схема автоматизованого електропривода наведена на рис. 1.1. У ній можна виділити три основних елементи:
механічна частина привода МЧ, що включає робочий механізм РМ, передатній устрій пристрій ПУ, призначене для передачі механічної енергії від електродвигунового пристрою електропривода до виконавчого органа робочої машини й для зміни виду й швидкості руху й зусилля (моменту обертання);
Рис. 1.1. Структурна схема автоматизованого електропривода.
Електродвигуновий пристрій ЕД, призначене для перетворення електричної енергії в механічну або механічної енергії в електричну. На схемі електродвигуновий пристрій (або двигун) представлено двома елементами: електромеханічним перетворювачем енергії ЕМП (на вхід якого подаються електричні сигнали у вигляді напруги й струму), що перетворить електричну потужність у механічну потужність, і масою ротора двигуна РД, на яку впливає момент М. двигуна при кутовій швидкості;
3) система керування СУ, що складається із силової перетворювальної частини П (перетворювача), керуючого пристрою В, що задає пристрою ЗУ й датчиків зворотних зв'язків - електричних ДОСЭ й механічних ДОС M1 і Д0СМ2.
Перетворювач П призначений для живлення двигуна й створення керуючого впливу на нього. Він перетворить рід струму або напруга, або частоту або змінює інші показники якості електричної енергії. Пристрій В, що управляє перетворювачем П, одержує командні сигнали від пристрою, що задає, ЗУ, а інформацію про поточний стан електропривода й технологічного процесу - від датчиків зворотних зв'язків ДОС, ДОС M1 і Д0СМ2. За допомогою цих датчиків струм, напруга, потужність двигуна або інші його електричні параметри, швидкість, момент, зусилля й положення (переміщення) виконавчого органа, перетворяться в пропорційні цим параметрам електричні сигнали, які й подаються в керуючий пристрій У. У ньому поточний стан електропривода й технологічного процесу рівняється із заданим і при наявності неузгодженості виробляється керуючий сигнал, що впливає через перетворювач П на електропривод у напрямку усунення виниклої неузгодженості з необхідною точністю й швидкодією.
По ступені керованості електропривод може бути:
нерегульований - для приведення в дію виконавчого органа робочої машини з однією робочою швидкістю, параметри привода змінюються тільки в результаті впливів, що обурюють;
регульований - для повідомлення змінюваної або незмінної швидкості виконавчому органу машини, параметри привода можуть змінюватися під впливом керуючого пристрою;
п р о г р а м н о - керований відповідно до заданої програми;
що стежить - автоматично відпрацьовує переміщення виконавчого органа робочої машини з певною точністю відповідно до довільно мінливого сигналу, що задає;
адаптивний - автоматично обирає структуру або параметри системи керування при зміні умов роботи машини з метою виробітку оптимального режиму.
Можна класифікувати електроприводи й по роду передатного пристрою. У цьому змісті електропривод буває:
1) р е д у к т о р н ы й, у якому електродвигун передає обертовий рух передатному пристрою, що містить редуктор;
2) безредукторний, у якому здійснюється передача руху від електродвигуна або безпосередньо робітникові органу, або через передатний пристрій, що не містить редуктор.
За рівнем автоматизації можна розрізняти:
1) неавтоматизований електропривод, у якому керування ручне; у цей час такий привод зустрічається рідко, переважно в установках малої потужності побутові й медичної техніки й т.п.;
автоматизований електропривод, керований як оператором, так й автоматичним регулюванням параметрів;
автоматичний електропривод, у якому керуючий вплив виробляється автоматичним пристроєм без участі оператора.
Два останніх типи електропривода знаходять застосування в переважній більшості випадків на кораблях.
Нарешті, по роду струму застосовуються електроприводи постійний і змінний.
Можливість створення електричного двигуна була обумовлена успіхами в області електромагнетизму. Друга чверть XIX в. характеризується розробкою різноманітних фізичних приладів, що наочно демонструють перетворення електричної енергії в механічну. Перший електродвигун, за допомогою якого здійснений електропривод, був побудований в 1834-1838 р. петербурзьким академіком Б. С. Якоби, а в 1838 р. на Неві були проведені випробування цього двигуна, установленого на невеликому катері, це було перше судно, що приводилося в рух електродвигуном. Однак відсутність економічних джерел електричної енергії не дозволило впровадити електропривод у промисловість. Розвиток електропривода відбувалося в тривалій боротьбі зі старими, відживаючими способами розподілу механічної енергії, і пройшло більше напівстоліття, перш ніж остаточно перемогло передовий прогресивний напрямок. До створення промислового типу електричного генератора (З. Грам, 1870 р.) зустрічалися лише окремі випадки застосування електропривода. Відомо, наприклад, що в 50-60-х роках XIX в. деяке поширення одержав електродвигун французького електротехніка Фромана, що приводив у рух типографські й ткацькі верстати. Прогресивну роль у розвитку електропривода зіграло винахід в 1860 р. італійським ученим А. Пачинотті електродвигуна з кільцевим якорем.
Поява змінного однофазного струму зіграло істотну роль у розвитку електротехніки взагалі, однак спроби рішення проблеми централізованого виробництва й розподілу електроенергії на змінному однофазному струмі не привели до помітних зрушень в області електропривода внаслідок того, що електродвигуни однофазного струму не мали пускового обертаючого моменту.
Відкриття явища обертового магнітного поля в 80-х роках минулого століття (Г. Феррарис і Н. Тесла) поклало початок конструюванню багатофазних електродвигунів. Найбільш економічної серед багатофазних систем виявилася система трифазного струму, основи якої були розроблені в 1889-1891 р. російським інженером М. О. Доливо-Добровольским. Система трифазного струму з'явилася тим технічним засобом, за допомогою якого дозволявся весь комплекс проблеми виробництва, передачі, розподілу й споживання електроенергії. Розробкою трифазної системи були створені передумови для розвитку електрифікації як у промисловості, так і на кораблях.
Створення М. О. Доливо-Добровольским в 1889 р. трифазного асинхронного двигуна ознаменувало новий етап у розвитку електропривода й відкрило широку дорогу промисловому застосуванню електрики. Безсумнівні економічні переваги централізованого виробництва електроенергії й простота її розподілу привели до того, що електродвигун, поступово витісняючи інші види двигунів, посів перше місце у всіх галузях промисловості й на кораблях.
Революціонізуючий вплив на розвиток автоматизованого електропривода зробили розробка й виробництво напівпровідникових приладів - транзисторів і тиристорів, які завдяки своїм перевагам стали витісняти раніше, що застосовувалися в електроприводі пристрої, з електронними лампами й іонними приладами. Поряд із системою генератор-двигун (Г-Д), усе ширше використається більше швидкодіюча система тиристорний перетворювач - двигун (ТП-Д). У результаті освоєння нашою промисловістю потужних і надійних силових тиристорів вдається створювати перетворювальні пристрої великої потужності. Тиристорні перетворювачі відрізняються високим КПД, вимагають незначної потужності для керування й з їхньою допомогою створюються системи електроприводів, що володіють плавним і широким діапазоном регулювання швидкості. Відповідні схемні рішення забезпечують формування необхідних статичних і динамічних характеристик.