1. Понятие «Электропривод»

1.1. Структурная схема электропривода

Электропривод предназначен для приведения в движение исполнительных органов (ИО) рабочих машин. Он позволяет осуществлять автоматизацию и комплексную механизацию производственных и технологических процессов, резко повысить производительность труда, качество выпускаемой продукции, улучшить условия труда [3,4].

Простейшая структурная схема разомкнутого электропривода приведена на рисунке 1.1. Обратные связи в схеме отсутствуют.

Рис. 1.1. Структурная схема электропривода

В схеме:

ЭЭ – электрическая энергия. Ее параметры – напряжение (U), частота (f) и ток (I);

МЭ – механическая энергия. Ее параметры – угловая (ω) или линейная (V) скорость, полезный момент (М) или сила (F);

ИЭЭ – источник электрической энергии;

ПУ – преобразовательное устройство – преобразователь напряжения или частоты, предназначенное для преобразования параметров электроэнергии;

ЭД – электродвигательное устройство (электродвигатель). Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую и обратно. В электроприводах применяют электродвигатели постоянного и переменного тока традиционного исполнения и специального исполнения. Ротор (или якорь) обладают моментом инерции J (кг·м²), вращаются со скоростью (рад/с). На валу двигателя возникает полезный момент М (Нм) и полезная мощность Р₂ (кВт);

МПУ – механическое передаточное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения или вида движения. В качестве МПУ в электроприводах применяют редуктор, ременную передачу, винтовую и зубчато-реечную передачи, кривошипно-шатунный механизм, барабан с тросом, электромагнитную фрикционную муфту и некоторые другие.

В качестве примера приведем редукторную и винтовую передачи (рис.1.2 а, б).

В элементах МПУ за счет трения возникают потери мощности ∆Р (кВт). МПУ обладают либо моментом инерции J_и.о. или инерционной массой m (кг);

ИО – исполнительный орган, предназначенный для совершения полезной работы.

Рис. 1.2. Виды передач: а) редукторная передача; б) винтовая передача

На ИО – возникает момент сопротивления М_с или сила сопротивления F_с в ньютонах, в зависимости от вида движения. Они создают на ИО мощность сопротивления Р_с = – при вращательном движении; Р_с = F_сV_и.о – при линейном движении.

Электродвигатель (с учетом потерь мощности в МПУ) должен преодолевать мощности сопротивлений.

Согласно приведенной структурной схеме режимы работы электродвигателя, а следовательно, и исполнительного органа задаются вручную путем воздействия на параметры преобразовательного устройства (ПУ).

1.2. Функции электропривода и требования к нему

Для функционирования рабочих машин и механизмов к их исполнительным органам от привода должна быть подведена механическая энергия, за счет которой и совершается движение этих механизмов. Характер движения может быть разнообразным – вращательным однонаправленным (крыльчатка насоса и вентилятора, фреза фрезерного станка) и реверсивным (валки прокатного стана, шпиндель токарного станка), поступательным однонаправленным (лента транспортера, цепь конвейера) и реверсивным (стол строгального станка, подъемные механизмы), а также возвратно-поступательным (прессы). Иногда эти движения должны совершаться сразу в нескольких плоскостях – антенна радиотелескопа, рука «робота», ковш экскаватора.

Многие машины и механизмы при своей работе требуют изменения не только направления, но и скорости движения исполнительных органов. Так, угловая скорость валков прокатного стана должна быть различной в зависимости от профиля прокатываемого металла. Также необходимо изменять скорость подачи режущего инструмента или стола металлообрабатывающего станка в зависимости от твердости материала обрабатываемой детали, ее конфигурации и стойкости режущего инструмента. Для большинства подъемно-транспортных машин – кранов, лифтов – для обеспечения точного останова исполнительных органов их скорость должна быть предварительно снижена [3].

Еще одно важное требование к электроприводу связано с поддержанием с заданной точностью скорости движения исполнительного органа (металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.).

Наряду с обеспечением движения исполнительных органов электропривод одновременно выполняет и разнообразные функции по автоматизации технологических процессов и операций. Круг этих функций разнообразен. Большинство их может быть решено только с применением современного автоматизированного электропривода.

Немаловажной функцией, возлагаемой на электропривод, является обеспечение защит, блокировок и сигнализаций при работе технологического оборудования.