Предисловие
Вентильный электропривод является наиболее перспективным видом электропривода, и получил к настоящему времени широкое распространение.
Вентильному электроприводу посвящено большого число публикаций, однако они, как правило, требуют большой предварительной подготовки студентов и, кроме того, в них отсутствует системный подход к изложению материала.
И, наконец, в настоящее время в связи с имеющимися экономическими трудностями нужную техническую литературу вообще перестали издавать в нашей стране, что заставляет каждое учебное заведение самостоятельно заботиться о разработке и издании такой литературы.
Настоящий конспект лекций подготовлен на основании занятий, проводимых автором в Пермском государственном техническом университете для студентов специальности “Автоматизация типовых технологических процессов и производств” со специализацией “Автоматизированный электропривод”.
Введение
В современном производстве наибольшее количество технологических процессов осуществляется с помощью электрической энергии, преобразуемой в механическую посредством электромеханических устройств - электрических машин.
Требования, предъявляемые к качеству продукции, а также к производительности механизмов, реализующих ту или иную технологию, очень высоки. Они могут быть достигнуты в системах большой точности и высокой производительности. Такой системой, чаще всего, является система автоматизированного электропривода, преобразующая электрическую энергию в механическую, что необходимо для реализации нужной технологии.
Понятие “электропривод” тесно связано с понятием “электрическая машина”, которая является основным элементом электропривода. С этим элементом всегда связан сложный сопутствующий антураж, который тем сложнее, чем более обширные функции возлагаются на электропривод и чем более жесткие требования к нему предъявляются.
Понятие “автоматизированный электропривод” можно усвоить, рассматривая функциональную схему, составленную из основных, входящих в него элементов.
Энергия, поступающая из сети (может иметь место и обратное направление энергии), на пути к рабочему органу механизма претерпевает целый ряд преобразований. Так, силовой преобразователь (СП) преобразует электрическую энергию, потребляемую из сети, в такой вид электрической энергии, которая может потребляться электродвигателем (М).
В свою очередь, М преобразует эту электрическую энергию в механическую энергию вращающегося вала. Кинематическая цепь преобразует механическую энергию с одними параметрами (момент, частота вращения) в механическую энергию с другими параметрами.
Силовой преобразователь (рис.1) расположен в начальной части цепочки преобразования энергии при её прямом направлении, и в конечной части этой цепочки - при обратном направлении. Через СП проходит весь поток энергии и, если удаётся найти рациональный способ воздействия на СП, можно регулировать этот поток энергии и тем самым реализовывать разнообразные функции, возлагаемые на электропривод. Устройство, воздействующее на СП, является элементом, который выполняет функцию управления преобразователем. На входе управляющего устройства находится система регулирования координат, то есть переменных величин, которые подлежат регулированию в процессе выполнения электроприводом своих функций. Такими регулируемыми координатами могут быть, например, такие, как напряжение, подаваемое на электродвигатель, ток в цепи питания электродвигателя, частота вращения электрической машины, перемещение рабочего органа исполнительного механизма и др.
На систему регулирования координат могут воздействовать - задающее воздействие, воздействие обратных связей, корректирующие воздействия, с учетом которых система регулирования координат вырабатывает результирующий сигнал, поступающий на управляющее устройство СП. Для оценки результата регулирования той или иной координаты на систему регулирования координат должна непрерывно поступать информация о реальном значении той переменной, которая подлежит регулированию. Эта информация поступает в виде стандартизованных электрических сигналов, вырабатываемых датчиками различного вида. Датчики - это информационные устройства, преобразующие тот или иной вид переменной (напряжение, ток, момент двигателя, частота его вращения, перемещение рабочего органа) в стандартизованный сигнал.
На приведённой функциональной схеме пунктирной линией очерчены элементы, совокупность которых определяет такое обобщающее понятие как автоматизированный электропривод. В ряде случаев некоторые элементы могут отсутствовать (те или иные датчики, корректирующие воздействия), в других случаях схема может быть усложнена.
Успехи автоматизации технологических процессов зависят от многих факторов - начиная от уровня организации производства, квалификации и психологической готовности обслуживающего персонала принять эту автоматизацию и кончая качеством технических средств её реализации. Последний фактор определяется техническими возможностями и свойствами элементов, из которых реализована та или иная автоматизированная система.
Элементная база автоматизированного электропривода (АЭП) является предметом изучения курса “Элементы автоматизированного электропривода”. Элементы АЭП разнородны и многофункциональны. Главным и важнейшим элементом АЭП является электрическая машина для преобразования электрической энергии в механическую, или, наоборот, механической энергии в электрическую. Эти преобразования энергии могут быть реализованы только посредством электрических машин того или иного вида. Этот важнейший элемент рассматривается в различных изучаемых дисциплинах (ТОЭ, электрические машины, электромеханические устройства, ТАУ и в целом ряде специальных дисциплин) с различных точек зрения. Некоторые свойства системы СП - электрическая машина рассматриваются и в курсе “Элементы АЭП”.