Глава первая. Электропривод как система

1.1 Определение понятия «электропривод». Блок-схема электропривода

В настоящее время в промышленности, на транспорте, в сельскохозяйственном производстве, в коммунальной сфере и быту практически 100% механической энергии для работы машин и механизмов получают из электрической энергии за счёт применения электроприводов.

Электропривод – это электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих электрических преобразователей, электрических машин, механических передач и систем управления, служащих для приведения в движение рабочих машин, преобразования электрической энергии в механическую энергию (или обратно), и управления преобразованной энергией в соответствии с требованиями технологического процесса. Блок-схема электропривода приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Блок-схема электропривода

Электропривод состоит из двух каналов: силового и информационного.

Силовой канал в свою очередь представляется электрическим и механическим каналами. В электрическую часть силового канала входит энергетическая часть системы управления ЭСУ (электромашинные или статические преобразователи электрической энергии) и электромеханический преобразователь ЭМП (электрические машины). ЭСУ передаёт и преобразовывает электрическую энергию от источника питания (шин промышленной электрической сети, автономного электрического генератора, аккумуляторной батареи и т.п.) к ЭМП и обратно. ЭМП представляется как идеализированный двигатель, в котором происходит преобразование электрической энергии в электромагнитную . Ей соответствует электромагнитный момент М, прикладываемый к реальному ротору двигателя РД с механической инерцией и механическими потерями.

Механическая часть силового канала включает в себя все вращающиеся и поступательно движущиеся элементы: ротор двигателя РД, передаточный механизм ПМ (валы, муфты, редукторы, барабаны и т.п.), и исполнительный орган рабочей машины ИМ, в котором полезно реализуется механическая энергия.

Информационная часть системы управления ИСУ, т.е. информационный канал осуществляет управление потоком энергии, а также сбор и обработку сведений о состоянии и функционировании системы, защиту, и диагностику её неисправностей.

Практически все процессы, связанные с механической энергией, движением, осуществляются электроприводом. В относительно небольшом числе промышленных установок используется гидропривод, ещё реже пневмопривод. Столь широкое повсеместное распространение электропривода обусловлено возможностью передачи электрической энергии на любые расстояния, постоянной готовностью к использованию, легкостью преобразования в другие виды энергии.

В настоящее время в приборных системах используются электроприводы, мощность которых составляет единицы микроватт, мощность электроприводов прокатных станов – десятки мегаватт (стан 5000 - привод валков клети потребляет 24 мВт), т.е. диапазон современных электроприводов по мощности превышает 10¹². Такого же порядка и диапазон по скорости вращения: от нескольких оборотов в несколько десятков часов в установках вытягивания кристаллов полупроводников при очень жёстких требованиях к равномерности движения, до 150000 об/мин в шлифовальных станках.

С энергетической точки зрения электропривод является главным потребителем электрической энергии, более 60% всей производимой электрической энергии перерабатывается с помощью электропривода.

Электродвигатель является основным обязательным элементом электропривода, осуществляющим электромеханическое преобразование энергии. Электродвигатели различают:

- по роду тока (постоянный, переменный);

- по количеству и схеме соединения обмоток;

- по конструктивному исполнению.

Наиболее распространёнными двигателями являются:

- коллекторные двигатели постоянного тока с независимым (параллельным), последовательным и смешанным возбуждением;

- двигатели переменного тока асинхронные с короткозамкнутым ротором и фазным ротором, синхронные двигатели.

Преобразователи электрической энергии, входящие в ЭСУ, осуществляют преобразование параметров электрической энергии в электрическую же энергию, однако с другими параметрами:

- энергию переменного тока с параметрами , , в энергию постоянного тока с параметрами , ;

- энергию переменного тока с параметрами , , в энергию переменного тока с параметрами , .

Преобразователи электрической энергии необходимы для создания требуемого управляющего воздействия на координаты электропривода: напряжение, напряжение и частота, ток, момент, скорость, угол поворота вала двигателя, рабочего органа механизма. Управление координатами должно осуществляться в пределах, разрешённых конструкцией элементов электропривода, чем обеспечивается надёжность работы системы. Эти допустимые пределы обычно связаны с номинальными значениями координат, назначенными производителями оборудования и обеспечивающими его оптимальное использование. В системе электропривода при управлении координатами (потоком энергии) должны минимизироваться потери во всех элементах и к рабочему органу должна подводиться требуемая в данный момент мощность.

Свойства и характеристики различных электроприводов, правильное управление их координатами в установившихся (статических) и переходных (динамических) режимах, оценка энергетических свойств, и, наконец, правильное проектирование силовой части электропривода и является предметом изучения данной дисциплины.