5

В помощь к ответам на вопросы, заданные на самостоятельную подготовку

1. Общие сведения об электроприводе

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного, либо поступательного движения и включающее электромеханический преобразователь (двигатель) и устройство управления двигателем.

Различают однодвигательный, многодвигательный и групповой (трансмиссионный) электроприводы.

При однодвигательном приводе каждая производственная машина приводится в движение от отдельного электродвигателя. В том случае, когда различные механизмы одной и той же машины приводятся в движение от отдельных электродвигателей, привод называется многодвигательным.

Групповым называется такой электропривод, в котором от одного электродвигателя, с помощью одной или нескольких трансмиссий, движение передается группе рабочих машин. На сегодняшний день групповой электропривод заменяется на более совершенные однодвигательный и многодвигательный.

Современные автоматизированные электроприводы представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя линейные и нелинейные элементы, обеспечивающие в своём взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики. Механическая энергия, необходимая для создания относительного перемещения механизмов, в основном поступает от электрического двигателя – силовой части электропривода. Задающее воздействие и измеренное значение регулируемой величины проходят через информационную часть системы управления электроприводом.

На рис. 1 показана структурная схема электропривода. На вход системы поступает сигнал, содержащий сведения об управлении (о необходимом поведении объекта), называемый задающим (управляющим) воздействием. Вместе с сигналом, содержащим задающее воздействие, на вход системы могут поступать различные возмущения (помехи), которые мешают процессу управления. Источниками помех могут быть, например, изменения внешних условий работы системы (температуры, давления, влажности и т.д.), которые действуют как на устройство управления, так и объект управления, или изменения внутреннего состояния системы (нестабильность источников питания, внутренний шум и т.п.). Задающее воздействие (см. рис. 1) x_з(t) сравнивается с поступающим по цепи обратной связи значением y(t) регулируемой величины, т.е. вырабатывается сигнал рассогласования z(t)=x_з(t)-y(t). На рис. 1 операция сравнения обозначена символом окружности с заштрихованным сектором. Заштрихованный сектор соответствует при этом замене y на –y. Здесь же показаны промежуточные элементы (ПЭ) осуществляющие соответствующую обработку сигнала и исполнительное устройство (электродвигатель с редуктором) совместно с объектом управления (ИУ, ОУ).

Система функционирует так, что поддерживает величину z(t) близкой к нулю, именно в этом случае y(t) близко к xз(t), т.е. система выполняет функции слежения за xз(t).

Технологический процесс, обеспечиваемый электроприводом, требует управления величиной и знаком угловой скорости  электродвигателя, включая режимы пуска, ускорения, торможения и реверса.

Рис. 1 Структурная схема электропривода

Управление угловой скоростью электродвигателя достигается изменением его электромагнитного момента. Оно может быть осуществлено путем изменения амплитуды и частоты напряжения (тока) источников питания электроэнергией, а также схем включения на эти источники обмоток статора и ротора. Результат этих изменений сказывается на форме механических характеристик электродвигателей.

В динамических режимах для управления электроприводом требуются, как минимум, две операции – включение электродвигателя на источник питания при его пуске и отключение при остановке. В более общих случаях необходимо обеспечить сложное движение рабочего органа исполнительного механизма с переменными ускорениями.

В процессе работы электропривода иногда происходит значительное накопление энергии в движущихся массах, которая при их остановке должна быть поглощена. Это поглощение выгодно осуществлять, возвращая энергию обратно в питающую электрическую сеть. При такой рекуперации энергии электродвигатель работает в генераторном режиме.

Включение, отключение и изменение схемы соединений обмоток электродвигателей производятся коммутационными аппаратами с ручным и автоматическим управлением.

Коммутационные аппараты с ручным управлением предназначаются для нечастых эксплуатационных коммутаций (замыканий и размыканий электрических цепей), осуществляемых непосредственно оператором. Они имеют различные электрические параметры (число пар контактов, номинальные напряжения, токи, частоты), конструкции и форму исполнения (пакетные выключатели, переключатели, кнопки и др.).

Коммутационные аппараты с автоматическим управлением, широко используемые в современном электроприводе, предназначены для замыкания и размыкания электрических цепей контактами под воздействием силы тяги электромагнитов, вспомогательных электрических двигателей и других устройств. Управление названными элементами производится по сигналам операторов или устройств автоматики.

Коммутационные аппараты с автоматическим управлением также весьма разнообразны по характеристикам и исполнению. Наиболее распространенными из них являются реле, контакторы и др.

На рис. 2 представлена схема управления реверсируемого короткозамкнутого асинхронного двигателя АД, в которой в качестве коммутационных аппаратов использованы два контактора. Главные контакты контакторов К1.1 и К2.1 включают обмотки АД либо с одним чередованием фаз, либо с другим в зависимости от требующегося направления вращения электродвигателя (“вперед” – В или “назад” – Н). Замыкание контактов К1.1 и К2.1 происходит под действием механически связанных с ними электромагнитов К1.2 и К2.2 соответственно. Замыкая контакт В или Н, оператор включает цепь одного из электромагнитов и включает тем самым электродвигатель в сеть. Одновременное включение обоих контакторов недопустимо, так как оно приведет к короткому замыканию в питающей трехфазной сети. Поэтому в схеме управления контакторами предусмотрены контакты К1.3 и К2.3, которые исключают возможность одновременного срабатывания К1.1 и К2.1.

Рис. 2 Схема управления реверсируемого асинхронного двигателя

Коммутационные аппараты обеспечивают ступенчатое изменение характеристик электродвигателей и соответствующие им изменения угловой скорости.

Непрерывное управление угловой скоростью электропривода осуществляется плавным регулированием подводимого к обмоткам напряжения и его частоты (в случае электродвигателей переменного тока). Такое регулирование может быть непосредственным (в источнике питания или генераторе) или с помощью преобразователя (в электроприводе). Использование преобразователей особенно эффективно для построения сложных автоматизированных электроприводов с высокой точностью воспроизведения заданных законов управления, например с программным управлением от однокристальной ЭВМ.

В качестве преобразователей в современных электроприводах используют полупроводниковые устройства с электронными схемами управления (управляемые выпрямители, инверторы, преобразователи частоты).

Свойства автоматизированного электропривода определяют важнейшие показатели машин и механизмов, а также качество и эффективность технологических процессов в которых они задействованы.