1.1. Краткая классификация электроприводов

По характеру движения – непрерывные или дискретные, однонаправленные или двунаправленные (реверсивные); вращательного или поступательного движения; вибрационные, реализующие возвратно – поступательное движение.

По роду исполнительного двигателя — постоянного, переменного тока, шаговые, вентильные, вентильно – индукторные;

По типу силового преобразователя:

- для ЭП постоянного тока - с управляемым выпрямителем или с широтно-импульсным преобразователем постоянного тока; с электромашинным усилителем; с магнитным усилителем;

- для ЭП переменного тока – с полупроводниковым преобразователем частоты (со звеном постоянного тока или без звена постоянного тока);

- для шагового ЭП - с полупроводниковым коммутатором;

- для ЭП, выполненного на основе вентильного двигателя - с полупроводниковым преобразователем частоты (со звеном постоянного тока или без звена постоянного тока);

- для ЭП, выполненного на основе вентильно - индукторного двигателя - с полупроводниковым коммутатором.

По типу передаточного устройства - с цилиндрическими, червячными и планетарными редукторами; с пе­редачами типа винт - гайка; с цепными и ременными передачами; с гидравлическими и электромагнитными муфтами.

По числу используемых двигателей - групповые, инди­видуальные и взаимосвязанные ЭП.

Групповой ЭП характеризует­ся тем, что один его двигатель приводит в движение несколько ис­полнительных органов одной машины или один исполнительный орган нескольких рабочих машин. Индивидуальный ЭП обеспечи­вает движение одного исполнительного органа рабочей машины. Взаимосвязанный ЭП представляет собой два или несколько элект­рически или механически связанных между собой индивидуальных ЭП, работающих совместно на один или несколько исполнитель­ных органов. При этом если двигатели связаны между собой меха­нически и работают на общий вал, ЭП называется многодвигатель­ным, а если двигатели связаны электрическими цепями, ЭП назы­вается электрическим валом.

Кроме этого электроприводы делятся на неавтоматизированные и автоматизирован­ные.

Неавтоматизированные – это такие ЭП, управление которыми осуществляет непосредственно человек (оператор). Он осуществляет пуск и остановку ЭП, изменение скорости и реверсирование в соот­ветствии с заданным технологическим циклом. Для повышения эффективности и безопасности управления исполнительным органом рабочей машины ЭП снабжен необходимыми элементами защиты, блокировок и сигнализации.

В автоматизированном ЭП операции управления в соответствии с требованиями технологического процесса выполняются системой управления (см. рис. 1). На оператора возлагаются функции вклю­чения и отключения ЭП, наладка и контроль его работы (отметим, что при работе ЭП в общем комплексе автоматизированного про­изводства внешние команды поступают от управляющих устройств более высокого уровня, например АСУ производством). Очевид­но, что автоматизированный ЭП является более эффективным и эко­номически целесообразным, он позволяет освободить человека от утомительного и однообразного труда, повысить производитель­ность рабочих машин и механизмов, а также качество выполняе­мых ими технологических процессов и операций. Именно по этой причине в теории ЭП и в настоящем учебном пособии основное внимание уделяется рассмотрению автоматизированных ЭП.

В свою очередь все автоматизированные ЭП подразделяются на разомкнутые и замкнутые.

Разомкнутый ЭП не использует обратной связи при формирования сигнала задания на регулируемый параметр (координату) ЭП. В результате при действии на ЭП различных возмущений (например, влияния момента нагрузки на скорость вращения) сигнал на входе системы управления остается неизменным, а установившиеся отклонения регулируемой координаты от предписанного сигналом управления значения будет завесить от статических характеристик энергетической части ЭП - от внешней характеристики полупроводникового преобразователя и от механической характеристики электродвигателя. Однако разомкнутый ЭП, как правило, содержит датчики информации, сигналы от которых применяют для реализации системы защиты и диагностики.

Разомкнутые ЭП не может обеспечить высокого каче­ства регулирования координат ЭП, хотя и отличаются простой схемой. Обычно разомкнутые ЭП применяются для обеспечения пуска, торможения или реверса двигателей.

Замкнутый ЭП, как и любая система автоматического регулиро­вания, может быть реализован либо по принципу отклонения с ис­пользованием обратных связей, либо по принципу компенсации вне­шнего возмущения. Основным отличительным признаком замкну­того ЭП является полное или частичное устранение влияния внеш­него возмущения на регулируемую координату, что способствует поддержанию постоянства этой координаты на заданном уровне при воздействии на ЭП возможных возмущений. В силу этого обстоятельства замкнутые ЭП обеспечивают более качественное управление дви­жением исполнительных органов, хотя их схемы оказываются бо­лее сложными.

Для реализации принципа компенсации возмущающего воздей­ствия дополнительный сигнал, пропорциональный возмущению, подается на вход ЭП вместе с сигналом задания. В результате сум­марный сигнал обеспечивает такое управление ЭП, при котором осуществляется компенсация внешнего воздействия и устранение тем самым его влияния на регулируемую координату. Несмотря на все достоинства, этот способ не нашел широкого применения в ЭП из-за сложности реализации датчиков возмущающих воздействий, в частности момента нагрузки М_с.

Особенностью ЭП, построенного по принципу отклонения, яв­ляется наличие цепи обратной связи (ОС) по регулируемой координате. Информация о регулируемой координате подается на вход ЭП в виде сигнала обратной связи, который сравнивается с задающим сигналом, и полученный резуль­тирующий сигнал (его называют сигналом рассогласования, откло­нения или ошибки) является управляющим сигналом для ЭП. Если под влиянием возмущающего воздействия начинает изменяться ре­гулируемая координата, то за счет выбора направления и силы воз­действия обратной связи произойдет соответствующее изменение режима работы ЭП и полное или частичное восстановление ее уров­ня, т. е. в таких системах регулирование ведется с учетом результа­та регулирования.

В замкнутых ЭП применяются все возможные виды обратных связей – положительные и отрицательные, линейные и нелинейные, жесткие и гибкие, а также реализуемые по виду регулируемой ко­ординаты – скорости, току, положению и др. В замкнутых ЭП мо­гут использоваться несколько обратных связей по числу регулиру­емых координат. ЭП с обратными связями являются в настоящее время самыми распространенными системами, поскольку позволя­ют качественно и технически просто обеспечивать всю совокупность выполняемых ими функций. В некоторых случаях при очень высо­ких или специфических требованиях к качеству управления дви­жением исполнительных органов создаются замкнутые комбини­рованные ЭП, в которых используются оба принципа управления.

Кроме этого, замкнутые ЭП подразделяются на два больших класса – регулируемые и следящие.

Регулируемые ЭП выполняют следующие функции:

- установка требуемого значения скорости вращения в пределах заданного диапазона;

- стабилизация установленного значения скорости вращения с заданной точностью при возмущающих воздействиях, например, изменении момента нагрузки ЭП;

- регулирование момента, развиваемого ЭП в двигательном и тормозном режимах, ускорении (замедлении) ЭП;

- формирование требуемого характера изменения скорости во времени Ω=f(t) с заданной точностью.

Регулируемые электроприводы классифицируются:

— по назначению — главного движения подач, вспомогательные (для станков с числовым программным управлением ЧПУ) и т.п.;

— по способу регулирования — с постоянным моментом, постоянной мощностью, двухзонные;

— по структуре системы автоматического регулирования — одноконтурные и многоконтурные;

— по способу управления — аналоговые (с аналоговым задатчиком и аналоговым датчиком ОС), цифро-аналоговые (с цифровым задатчиком, цифровым датчиком ОС и аналоговыми регуляторами), цифровые (с цифровыми задатчиками, датчиками ОС и цифровым формированием закона управления скоростью двигателя) [1].

Следящие ЭП – это замкнутые системы, в которых выходной (регулируемой) величиной у является угол поворота либо скорость вала исполнительного органа рабочей машины (или соответствующий параметр линейного перемещения исполнительного органа). Отличительная особенность следящих ЭП заключается в том, что значение входной (задающей) величины g, т.е. требуемое значение у, может изменяться во времени неизвестным заранее образом. Задача следящей системы – обеспечить с заданной точностью воспроизведение (отработку) любых законов движения, задаваемых командным устройством.

Следящие системы широко применяют в различных областях техники, например, в роботах, копировальных станках, радиолокационных установках и т.д.

При классификации следящих приводов по виду зависимости ошибки слежения от характера движения привода они подразделяются на две большие группы:

-следящие приводы, выполненные по позиционной схеме (позиционные следящие ЭП);

- следящие приводы, выполненные по скоростной схеме (скоростные следящие ЭП).

Как видно из рассмотренной далеко не полной классификации, конкретная реализация ЭП может быть самой разнообразной. Тем не менее, работа любого электропривода подчиняется некоторым общим закономерностям, что и является предметом теории ЭП, ос­новы которой рассматриваются в этом учебном пособии.