Общие сведения об электроприводе

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Для 1-й лекции по ТСА

из книги И.С. Таева

               Более 60% вырабатываемой энергии преобразуется в механическую, приводящую в движение различные машины. Преобразование осуществляется посредством электрических приводов (ЭП).

Электропривод представляет собой комплекс электрических машин, аппаратов и систем управления, связанных с рабочим органом (механизмом) конструктивно и параметрически, рис.1.

Рис. 1

Преимущества ЭП в простоте преобразования электрической энергии, обеспечении централизованного и дистанционного управления, возможностью автоматизации, блокировки и защиты. Влияние температуры на работу ЭП незначительно и в целом он надежен в работе.

Примеры применения ЭП в различных областях человеческой деятельности весьма разнообразны. Укрупненно их можно подразбить на бытовую и специальную области.

Например в авиации ЭП используются для запуска двигателя, управления масло и водорадиаторными заслонками, бензиновыми и маслянными помпами, бензокраном, управлением рулями, триммерами, посадочными щитками, подъемом и опусканием шасси, в механизме люков шасси, раскрутки колес и т.д. Большое число приводов связано с радиолокацией, обогревом, вентиляцией, преобразованием электроэнергии (постоянного тока в переменный ток).

Требования к современным приводам можно сформулировать следующим образом.

1.  Надежность и безопасность (в том числе и защита от ошибочных действий человека).

2.  Минимальный вес и габаритные размеры.

3.  Высокая механическая и термическая прочность, а также химическая стойкость.

4.  Удобство и безопасность в обращении; безопасность в отношении взрыва и пожара.

5.  Независимость работы от положения в пространстве и в определенной мере внешних механических воздействий (вибрации, ускорений). В отдельных случаях – стойкость от влияния атмосферных воздействий, химических примесей, радиации, мощного электромагнитного возмущения.

6.  Целесообразное быстродействие.

7.  Простота ухода и эксплуатации.

8.  Отсутствие помех на работу радиоустановок, контрольно-измерительных приборов.

9.  Взаимозаменяемость отдельных узлов.

10.  Создание современных средств автоматизации и механизации идет по пути слияния силовой части с рабочим органом машин и механизмов (примеры: ручные электромеханические приборы и инструменты, насосы, компрессоры, вентиляторы, массажеры, электробритвы, принтеры и т. п.).

            Современному техническому специалисту знания в области электромеханических устройств могут быть необходимы в следующих направлениях.

            При эксплуатации: контроль исправного состояния, профилактические и ремонтные работы в меру возможностей имеющегося ремонтного оборудования, настройка рабочих режимов, частичная модернизация в силу производственной необходимости.

            При проектировании: знание свойств современных ЭП различного рода тока, исполнения компонент (источников электропитания, аппаратов, двигателей, редукторов), режимов работы, навыки комплектования ЭП на основе справочной литературы, работы с математическими моделями приводов в среде MatLab.

С периода зарождения (вторая половина 19 столетия) и до наших дней ЭП претерпел значительное развитие как в плане совершенствования его компонент, так и в направлении применения.

В первую очередь это касается электрических машин и аппаратов, затем схем управления, датчиков обратной связи и, наконец, согласующих устройств.

В ЭП применяется большое многообразие электрических машин. Их можно классифицировать по конструктивным признакам и принципам работы.

Приводные и исполнительные:

–  коллекторные ДПТ;

–  бесколлекторные ДПТ;

–  синхронные двигатели (СД, переменного тока, 1, 3-х фазные);

–  асинхронные двигатели(АД, переменного тока, 1, 2, 3-х фазные);

–  шаговые двигатели;

–  двигатели с катящимся ротором (ДКР, переменного тока);

–  линейные (ЛД постоянного и переменного тока).

Информационные (измерители рассогласования, преобразователи сигнала, датчики положения, скорости, ускорения):

–  вращающиеся трансформаторы (ВТ);

–  фазовращатели (ФВ);

–  сельсины (С-датчик и С-приемник);

–  магнитосины;

–  тахогенераторы (постоянного и переменного тока).

На всех электрических схемах конструктивное отличие электрических машин нашло отражение в условном графическом изображении, буквенное же обозначение всегда начинается с латинской буквы М, далее может следовать порядковый номер в данной схеме.

Условное графическое обозначение (УГО) информационных электрических машин тоже различается, в буквенном же обозначении согласно требований ГОСТа на первом месте должна быть латинская буква В, далее может присутствовать буква, отражающая принцип работы и порядковый номер в схеме. Правила составления буквенно-цифрового обозначения и начертания УГО регламентированы стандартами (назвать источники, в том числе и свою книгу). 

Соответственно по различным признакам классифицируются и ЭП на их основе. Эта классификация весьма условная и не устоявшаяся, так как с развитием средств цифрового управления претерпевает дальнейшее развитие.

–  силовые (ДПТ, АД, СД, ДКР);

–  стабилизации скорости вращения (ДПТ, АД, СД);

–  прецизионного перемещения (ДПТ, АД, СД, ШД, ДКР);

–  следящий (ДПТ, ШД).

Представленная классификация весьма не полная.

В современных устройствах, средствах и системах управления находят применение:

–  двигатели линейных и угловых перемещений (ферродинамические, магнитоэлектрические, электромагнитные);

–  датчики линейных перемещений (контактные, резистивные, индуктивные, индукционные, емкостные).

Весьма богат арсенал средств управления ЭП. Прежде всего это касается так называемых аппаратов.

Электрический аппарат (ЭА)– это электротехническое устройство для коммутации, стабилизации и регулирования электрических, механических или иных нагрузок.

Коммутация (с латинского – изменение) бывает ступенчатой (более распространенно) или плавной.

Все многообразие ЭА может быть представлено схемой

Рис. 2

В источниках регулируемого напряжения применяются трансформаторы, в информационных и преобразовательных устройствах находит применение практически весь арсенал полупроводниковой техники.

Оконечные каскады питания ЭП (усилителей мощности) могут быть выполнены на основе электромеханичских генераторов постоянного и переменного тока, средств силовой преобразовательной техники, работающей в аналоговом и импульсном режимах.

В устройствах сопряжения двигателя с рабочим органом (РО) механизма применяются различные  преобразователи механической энергии. Это редукторы с цилиндрическими, коническими зубчатыми колесами, червячными зацеплениями, клиноременными, текстропными передачами, вариаторами. В большинстве случаев преобразование механической энергии связано с изменением скорости перемещения РО по отношению к двигателю. Изменяется и характер движения. В ряде случаев вращательное движение преобразуется  в поступательное с применением передачи «винт-гайка» либо более прецизионной шарико - винтовой передачи).

Существующие книги по электромашинным устройствам автоматики рассчитаны на студентов, хорошо знающих теоретические основы электротехники и физику электромеханического преобразования энергии, изучаемого еще в средней общеобразовательной школе.