Механика электромеханической системы

Теория электропривода

Понятие об электроприводе, как электромеханической системе, его назначение и функции. Типы электроприводов, структура и основные элементы современного электро­привода. Особенности развития электропривода.

Основным средством для приведения в движение рабочих машин в настоящее время яв­ляется электродвигатель. Поэтому основным типом привода является электрический привод или сокращенно электропривод.

Эл.приводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для приве­дения в движение рабочих органов машин-орудий и управления их технологическими процес­сами. Блок схема эл.привода как объекта управления может быть представлена в следующем виде:

Система управления (СУ) электроприводом состоит из энергетической части и инфор­мационной части. Энергетическая часть – это преобразовательное устройство, назначение кото­рого – управление потоком энергии, поступающим из сети , с целью регулирования режимами работы двигателя и механизма. Преобразовательное устройство позволяет расширить гибкость управления, позволяет придать характеристикам электропривода нужный вид, что достигается или путем преобразования трехфазного переменного напряжения промышленной частоты в постоянное (выпрямленное) напряжение, или в переменное напряжение, но другой частоты.

В качестве преобразовательных устройств для получения постоянного напряжения применяются двигатель - генераторы, тиристорные преобразователи, а для получения переменного напряжения иной величины или иной частоты – электромашинные и вентильные преобразователи частоты

Информационная часть системы управления предназначена для фиксации и обработки поступающей информации о задающих воздействиях и реальном состоянии системы. На основе этой информации вырабатываются сигналы управления преобразовательным устройством и двигателем. Сама же система управления обеспечивает электроприводу необходимые статические и динамические свойства.

Передаточное устройство (передаточный механизм) служит для изменения скорости или вида движения (из вращательного в поступательное или наоборот). К передаточному устройству относятся: редукторы, кривошипно – шатунные механизмы, зубчато – реечные или клино – ременные передачи, барабаны с тросами и т.п.. Все эти устройства по существу служат для передачи механической энергии от двигателя к исполнительному механизму.

Основной функцией простейшего не автоматизированного электропривода, состоящего только из электродвигателя, питаемого непосредственно от сети, и система управления которого включает в себя обычный рубильник или пакетный выключатель, или магнитный пускатель, является приведение в движение рабочего механизма с неизменной скоростью.

Автоматизированные электроприводы, имеющие систему автоматического управления, выполняют более широкие функции, обеспечивая рациональное ведение технологического процесса, более высокую производительность механизма при лучшем качестве выпускаемой продукции.

В зависимости от схемы передачи энергии от сети к рабочим органам механизмов различаются три типа эл.привода:

1.Групповой (трансмиссионный).

2.Однодвигательный или индивидуальный.

3.Многодвигательный (тоже индивидуальный).

Групповой электропривод представляет собой систему, в которой один электродвигатель посредством трансмиссий (системы шкивов и ремней) приводит в движение группу рабочих машин или группу рабочих органов одной машины, как показано на рис. Двигатель в этом случае конструктивно с рабочими машинами не связан. В такой системе невозможно регулирование отдельных машин воздействием на двигатель.

Вследствие своего технического несовершенства такой электропривод в настоящее время практически не применяется и представляет интерес лишь с точки зрения истории развития электропривода.Однодвигательный электропривод представляет собой систему, когда каждая рабочая машина приводится в движение отдельным, связанным только с ней электродвигателем, как изображено на следующем рисунке.

Примером применения однодвигательного электропривода являются простые металообрабатывающие станки и др.несложные механизмы. Во многих случаях привод осуществляется от электродвигателя специального исполнения, конструктивно представляющего одно целое с самим механизмом. Примером может служить электропривод электродрели.Характерным примером полного совмещения двигателя с рабочим органом является электрорубанок. В нем трехфазный АД имеет к.з. ротор, расположенный снаружи статора (внешний ротор), несущий ножи инструмента.

Можно назвать также электрическую таль, двигатель – ролик (рольганг) , применяемый в металлургической промышленности на прокатных станах. Неподвижный статор с обмоткой располагается здесь внутри рольганга, а сам ролик является ротором.

Преимуществом однодвигательного электропривода перед групповым является то, что в нем имеется возможность электрическими методами регулировать скорость каждой из машин. При этом значительно сокращается путь передачи энергии от сети к рабочим органам, помещения освобождаются от тяжелых трансмиссий, шкивов, ремней, улучшается освещение, резко снижается вероятность несчастных случаев. В случае механизмов с одним рабочим органом возможен выбор для электропривода двигателя с характеристиками, наиболее полно удовлетворяющим требованиям производственного процесса.

Переход на однодвигательный электропривод дал возможность широко автоматизировать работу машин. В настоящее время этот тип электропривода является основным и имеет наибольшее применение.

Однако, при однодвигательном электроприводе машин с несколькими рабочими органами внутри машины еще сохраняется система механического распределение энергии (посредством шестерен и т.п. ) с присущей ей недостатками. Поэтому в современных машинах подобного рода широко применяется многодвигательный электропривод, при котором каждый рабочий орган приводится в движение отдельным электродвигателем. Такие электроприводы применяются например в сложных металлообрабатывающих станках, бумагоделательных машинах, прокатных станах, экскаваторах и др. При этом значительно упрощается кинематическая схема машины. Встречаются металлообрабатывающие станки и др. механизмы, где число электродвигателей достигает 30 и более.

Современный электропривод характеризуется высокой степенью автоматизации. Многие современные высокоточные электроприводы управляются посредством вычислительных машин (например, электропривод мощных прокатных станов, доменных печей, копировальных станков). Их управляющие устройства, как правило, построены на основе использования микроэлектроники. Аналогичной техникой управления снабжаются и многие ответственные электроприводы малой мощности, например электроприводы механизмов роботов и манипуляторов. Во всем диапазоне мощностей электроприводов находят применение современные системы программного управления технологическими процессами, устройства, оптимизирующие по тем или иным критериям работу электропривода и механизма, используются принципы адаптивного автоматического управления.

Естественно, что наряду с регулируемыми электроприводами широко применяются и простейшие нерегулируемые электроприводы с двигателями переменного тока, получающими питание непосредственно от промышленной сети. Однако управляющие устройства и таких электроприводов постоянно совершенствуются в связи с повышением требований к надежности работы, необходимостью повышения их энергетических показателей, усложнением технологических блокировок между механизмами.

Одной из особенностей развития электропривода на современном этапе является расширение областей применения вентильного электропривода постоянного тока и частотно – регулируемого электропривода переменного тока.

Другой особенностью развития электропривода является расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами и соответствующее усложнение систем управления (САУ), повышение требований к динамическим и точностным показателям, увеличение быстродействия, надежности, экономичности, снижение габаритов.

Особенностью развития электропривода на данном этапе является также стремление к унификации его элементной базы, создание унифицированных комплектных электроприводов путем использования современной микроэлектроники и блочно – модульного принципа. На этой основе, как известно, уже созданы серии комплектных тиристорных электроприводов, обладающих техническими показателями, удовлетворяющими требованиям широкого круга механизмов.

Одним из проявлений развития регулируемого электропривода является тенденция к упрощению кинематических схем машин и механизмов, за счет создания безредукторного электропривода, в котором должны использоваться специальные тихоходные двигатели. Уже имеются и применяются тихоходные двигатели, имеющие номинальную скорость вращения

18 – 120 об/мин. Область применения – мощные электроприводы прокатных станов, шахтных подъемных машин, основных механизмов экскаваторов, скоростных лифтов.

Задачей курса “Теория электромеханических систем” является изучение общих физических закономерностей свойственных электроприводам любого назначения. В результате изучения этого курса студент должен научиться объяснять характер процессов в электроприводах и зависимостей, их описывающих, получить практические навыки расчета статических характеристик, переходных процессов и нагрузочных диаграмм электропривода, выбирать электродвигатели по мощности, выбирать преобразователи, рассчитывать энергетические показатели.

Механика электромеханической системы

Кинематическая схема эл.привода. Силы и моменты,