Введение, общие сведения

Существуют силовые приводы следующих трех основных типов: электрического, гидравлического и пневматического типа.

Следует отметить, что в настоящее время гидравлические и пневматические приводы, по сути дела, являются электрогидравлическими и электропневматическими, так как управление гидравлическими и пневматическими двигателями осуществляется с помощью электрических или электронных систем автоматического или автоматизированного управления

Началом создания силового электропривода следует считать 1838 год, когда академик Российской Академии Якоби Б.С. применил изобретенный им электродвигатель постоянного тока для привода гребного винта речного катера.

С 1889 года, после того как Доливо-Добровольский М.О. изобрел надежный и простой по конструкции асинхронный двигатель, электропривод начал внедряться в промышленность и транспорт.

Сегодня в развитых странах силовой электропривод потребляет более 60% всей производимой электроэнергии.

В настоящее время благодаря появлению бесконтактных электродвигателей постоянного тока на основе редкоземельных магнитных материалов, обладающих малой удельной массой, а также созданию надежных статических преобразователей электрической энергии достаточно большой мощности силовой электропривод получил возможность еще более широкого применения

Определение понятия “электропривод”

Наиболее общим определением электропривода является следующее: электропривод – это управляемая электромеханическая система, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую энергию.

Рис.1 Общая структура электропривода

Здесь приняты следующие обозначения:

• ЭП - электрический преобразователь;

• ЭМП - электромеханический преобразователь;

• МП - механический преобразователь;

• ИП - информационный преобразователь.

Электропривод включает в себя два канала: силовой канал и канал управления (информационный).

Силовой канал является энергетическим каналом: по нему транспортируется преобразуемая энергия для приведения в движение исполнительного механизма (широкие стрелки на рис.1)

Канал управления - это канал передачи управляющей информации и информации о функциональном и техническом состоянии элементов электропривода (тонкие стрелки на рис. 1.)

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).

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.

Рассмотрим назначение основных элементов силового канала.

Электрический преобразователь служит для преобразования электрической энергии, поступающей из электрической силовой сети, в электрическую энергию того вида, который необходим для работы электромеханического преобразователя. В качестве ЭП используются транзисторные и тиристорные преобразователи, широтно-импульсные модуляторы, магнитные усилители, а также в электроприводах большой мощности могут использоваться электромашинные усилители и двигатели-генераторы.

Электромеханический преобразователь осуществляет непосредственно преобразование электрической энергии в механическую энергию. Это главный элемент электропривода, определяющий как тип электропривода, так и его основные характеристики. В качестве ЭМП в электроприводах в основном используются электрические двигатели постоянного или переменного тока, либо электромагниты. В соответствии с этим электропривод называют электродвигательным или электромагнитным приводом.

Механический преобразователь - это механическая передача, которая может включать в себя различного типа редукторы, регулируемые и нерегулируемые муфты сцепления и торможения, устройства механической защиты, а также устройства ограничения моментов и сил.

Информационный преобразователь предназначен для управления работой электропривода. В простейшем случае это набор тумблеров для включения электропривода. Для приводов сложного функционального назначения в качестве ИП может использоваться управляющая цифровая вычислительная машина.

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.