2 Электропривод

В технологических (производственных) машинах электропривод наиболее распространен. По сравнению с другими видами приводов (гидравлическим, пневматическим и др.) он имеет существенные преимущества:

• при наличии соответствующих механизмов электропривод может обеспечить различные виды и типы движения выходного звена, большие и малые перемещения, скорости и ускорения;

• электропривод хорошо управляется, имеет широкий диапазон регулирования, обеспечивает различные законы движения, высокую динамику и точность движения и остановки;

• при наличии соответствующих механизмов электропривод может обеспечить высокие усилия (силы и моменты) на выходном звене;

• электропривод с высокоскоростным электродвигателем может иметь большую мощность при ограниченных габаритах;

• основной элемент электропривода – электродвигатель имеет высокий КПД;

• источник питания электропривода, как правило, общедоступен – это либо электросеть, либо аккумулятор.

К недостаткам электропривода следует отнести:

• сравнительно большие габариты, вес, сложность и стоимость (в основном из-за наличия механизма преобразования движения двигателя в движение выходного звена привода);

• относительно невысокую защищенность от влияния внешней среды;

• опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала;

• опасность возникновения аварийных ситуаций и пожара при перегрузке электропривода.

2.1 Виды и принцип действия электродвигателей

Основной элемент электропривода – электродвигатель (рис. 2.1) является преобразователем электрической энергии в механическую – в движение выходного (исполнительного) звена двигателя.

Электродвигатели различаются, прежде всего:

1. По виду движения

   • вращательные – выходное звено (вал) вращается; таких двигателей подавляющее большинство;

   • поступательные – выходное звено движется поступательно, это линейные электродвигатели, а также соленоиды.

Рис. 2.1. Электродвигатель

2. По роду потребляемого тока (рис. 2.2):

• постоянного тока,

• переменного тока,

• импульсного тока.

а б в

Рис. 2.2. Зависимость тока электродвигателя от времени:

а – постоянный; б – переменный; в – импульсный

Следует, правда, отметить, что этот вид классификации в некоторой степени условен.

Электродвигатели переменного тока, в свою очередь, делятся на однофазные, трехфазные синхронные, трехфазные асинхронные, синхронные с самоуправлением (вентильные) и т. д.

3. По величине удельного усилия и по инерционности движущихся частей:

• обычные;

• высокомоментные;

• малоинерционные.

Почему большинство электродвигателей вращательные? Дело в их мощности. За счет высокой угловой скорости можно получить большую мощность при небольшом габарите (диаметре) двигателя. В поступательном двигателе, при ограниченном перемещении, такой возможности нет.

Принцип действия всех электродвигателей основан на взаимодействии магнитных и электромагнитных полей. Рассмотрим принцип действия на примере электродвигателя постоянного тока.

Из физики известно, что на проводник с током I, помещенный в магнитное поле N-S, действует сила F (сила Ампера), направление которой определяется правилом «левой руки» (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Взаимодействие магнитного и электрического полей

Величина силы определяется выражением

F = BIl, (2.1)

где В – магнитная индукция, Тл (тесла), В∙с/м²;

l – длина проводника в поле, м;

I – ток, А.

Если в поле поместить рамку с током, то к ней будет приложен момент (электромагнитный момент), обусловленный парой сил (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Рамка с током в электромагнитном поле:

1 – рамка с током; 2 – магнит или электромагнит; 3 – коллектор

Величина электромагнитного момента определяется выражением

(2.2)

где r – расстояние от оси рамки до проводника (плечо);

S – площадь рамки в поле, ;

 – угол поворота рамки.

Коллектор (механический переключатель) служит для изменения направления тока в рамке в зависимости от положения проводников относительно полюсов магнита.