Основы электропривода, автоматизированный электропривод, теория электропривода 310 стр. (Укр)

Подождите немного. Документ загружается.

швидкість, момент, положення робочого органу (або інші

механічні, електричні, теплові й таке інше) параметри

перетворюються у пропорційні цим параметрам електричні

сигнали. Ці сигнали й подаються у керуючий пристрій

ÊÏ

. Тут

вони (тобто інформацію про поточний стан

ÅÏ

технологічного процесу) порівнюються з заданими (від

задавального пристрою

ÇÏ

) і при наявності розузгодження їх

(сигналів від

ÄÇÇÅ

ÄÇÇÌ

та сигналів від

ÇÏ

) у керуючому

пристрої

ÊÏ

вироблюється керуючий сигнал, що діє на

силовий перетворювач

ÑÏ

, який у свою чергу діє на

електричний двигун

своїми зміненими параметрами

у напрямку усунення розузгодження, що виникло, з необхідною

точністю й швидкодією.

Таким чином, у структурній схемі

ÅÏ

можна виділити

три основних блока:

- система керування

ÑÊ

, яка складається з силової

перетворювальної частини

ÑÏ

та інформаційної частини

²ÑÊ

до якої належать:

1) керуючий пристрій

ÊÏ

;

2) задавальний пристрій

ÇÏ

;

3) система давачів зворотних зв’язків

ÄÇÇ

;

4) елементи захисту, сигналізації, індикації

ÅÇÑ²

;

- електродвигуневий пристрій

ÅÄÏ

призначений для

перетворення електричної енергії у механічну, або навпаки,

механічної енергії у електричну (електродвигун може працювати

як у двигуневому режимі, так і у режимі генератора);

- механічна частина (механічний передавальний пристрій)

Ì×

, який складається з рухомої частини електродвигуна й

усієї механічної частини

ÏÏ

від двигуна до робочого органу

ÐÎ

; призначений для передачі механічної енергії від двигуна

до робочого органа, або навпаки, від робочого органа

ÐÎ

до

двигуна

, й для перетворення виду руху і механічних

параметрів руху (швидкості, моменту, зусилля і таке інше).

Із вищесказаного випливає, що автоматизований ЕП (крім

своєї основної стародавньої функції привода – приводити до

руху робочий механізм) володіє також системою керування, яка

забезпечує раціональне, оптимальне ведення необхідного

режиму роботи.

Електричний привод народжувався у надрах доби пари,

попервах його застосування зводилось до заміни парової

машини, яка приводила до руху трансмісію заводу або цеху,

електричним двигуном. Таким чином, першим ЕП був

трансмісійним.

Трансмісійний (груповий) електропривод. (рисунок У.2)

Тут один двигун

приводить до руху за допомогою

трансмісій або інших передач групу робочих машин, або

механізмів однієї робочої машини. Кінематична схема

механічної частини складна, громіздка, неекономічна,

використовується зараз рідко.

Рисунок У.2 – Трансмісійний (груповий) ЕП.

На цьому та двох наступних рисунках прийняті такі

умовні позначення.

– електрична енергія;

– механічна енергія;

РМ – робоча машина;

ВО – виконавчий орган робочої машини.

Зараз найбільш розповсюдженим є індивідуальний

електропривод.

Індивідуальний електропривод. Тут кожний виконавчий

орган робочої машини приводиться до руху одним окремим

електродвигуном (індивідуальний поодинокий ЕП, рисунок У.3)

або декількома електродвигунами (багатодвигуневий ЕП,

рисунок У.4).

Порівняно з груповим (трансмісійним) індивідуальний

ЕП забезпечує суттєве спрощення механічної частини ЕП, дає

можливість оперативно керувати технологічним процесом

робочої машини.

Рисунок У.3 - Індивідуальний однодвигуневий

(поодинокий) ЕП.

Рисунок У.4 - Індивідуальний багатодвигуневий ЕП.

ЕП органічно зливаються з робочим механізмом і

машиною у єдину систему, дозволяє виконати раціональне

компонування привода і системи, підвищити технічні,

економічні й ергономічні показники. Багатодвигуневий ЕП

дозволяє симетрувати навантаження

ÐÎ

, зменшувати

навантаження стрічки (ланцюга) їх натяг, замінити зосереджене

навантаження розподіленим.

1 СУЧАСНИЙ ЕЛЕКТРОПРИВОД, ЙОГО ОСОБЛИВОСТІ,

СТАН І НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ

1.1 Елементи автоматизованого електропривода

Усе різноманіття елементів ЕП поділяють на дві групи:

- силові елементи (через них проходить основний потік

енергії);

- елементи керування (для перетворення, підсилення і

передачі сигналів керування, до них відносять також елементи

захисту, сигналізації й індикації).

Силові елементи

Електромашинні джерела напруги:

- генератори;

- електромашинні підсилювачі.

Силові перетворювачі (електромашинні та статичні):

- перетворювачі змінної напруги у постійну (випрямлячі,

регулівні й нерегулівні);

- перетворювачі постійної напруги у змінну (інвертори);

- перетворювачі постійної наруги у постійну (імпульсні

перетворювачі);

- перетворювачі змінної напруги у змінну (перетворювачі

частоти при нерегулівній та регулівній частоті).

Електричні двигуни:

- постійного струму;

- змінного струму;

- крокові двигуни.

Електричні апарати (контактні й безконтактні):

- контактори й магнітні пускачі;

- автоматичні вимикачі;

- вимикачі й перемикачі;

- запобіжники.

Елементи механічної частини електропривода:

- передачі;

- перетворювальні ланки.

Електромагнітні муфти:

- з механічним зв’язком;

- зі зв’язком електромагнітним полем.

Елементи керування

Електричні апарати (контактні й безконтактні):

- вимикачі й перемикачі;

- універсальні перемикачі;

- кнопки керування;

- реле;

- командоапарати;

- запобіжники.

Давачі:

- положення;

- швидкості;

- струму;

- напруги;

- момента й таке інше.

Електричні машини систем автоматики:

- силові й виконавчі двигуни;

- сельсини;

- тахогенератори;

- обертові трансформатори;

- електромеханічні пристрої гіроскопічних систем.

Коректувальні елементи:

- пропорційні (R, потенціометри);

- інерційні (RC,

RC1

, ОТ, ТГ);

- інтегрувальні (RC, ОТ, ТГ);

- диференціювальні (RC, ОТ, ТГ).

Блочні елементи керування:

- аналогові;

- цифрові;

- мікропроцесори;

- ЕОМ.

1.2 Особливості й тенденції розвитку сучасного

електропривода

Індивідуальний автоматизований ЕП зараз має

надзвичайно широке застосування в усіх сферах життя та

діяльності людини.

Завдяки вищеназваним властивостям ЕП удосконалення

технічних показників його у всіх галузях застосування є

основою технічного прогресу.

Широчинь застосування ЕП визначає винятково, широкий

діапазон потужностей ЕП (від тисячної частки вата до десятків

тисяч кіловатів). Наприклад, потужність ЕП деяких медичних

зондів й медичних інструментів складає усього 0,003 Вт, а

потужність ЕП прокатних станів більше 10R000 кВт.

Унікальні за продуктивністю промислові установки, такі

як:

- металургійні прокатні стани;

- шахтні піднімальні машини;

- екскаватори гірничо-добувної промисловості;

- важкі монтажні та будівельні крани;

- протяжні й високошвидкісні конвеєрні установки;

- важкі металорізальні верстати й оброблювальні центри

й таке інше.

Устатковуються надпотужними ЕП з застосуванням

унікальних електричних машин, перетворювачів й керуючих

пристроїв. Керуючі пристрої забезпечують широкі можливості

регулювання потоку електричної енергії, що надходить в

електричний двигун, з метою регулювання координат, керування

рухом ЕП й параметрами технологічного процесу.

Керуючий пристрій ЕП будується на основі використання

електроніки й мікроелектроніки. Сучасні керуючі пристрої

головним чином мікропроцесорні або мають ЕОМ.

У всьому діапазоні потужності ЕП знаходять

застосування сучасні системи програмного керування, пристрої

оптимізації роботи ЕП й виробничого механізму за тими чи

іншими критеріями, використовуються принципи адаптивного

автоматичного керування.

ЕП є основою комплексної механізації і автоматизації. У

сучасній ієрархії керування технологічними процесами ЕП

займає нижчу ступінь, на якій вироблені вищими рівнями

командні сигнали матеріалізуються у переміщення (механічний

рух) виконавчих механізмів, у тому числі й автоматичній роботі

їх за закладеними в систему керування ЕП жорсткими або

адаптивними програмами.

Тому фізичні властивості ЕП, його регулівні можливості,

особливо у сучасних технологіях, мають вирішальне значення.

Однією з проблем виробництва є енергозбереження, а

оскільки споживання ЕП складає приблизно 50% усієї

виробленої електроенергії, то проблема підвищення

економічності ЕП є одним з основних напрямків їх створення та

експлуатації.

Сучасному ЕП також притаманні такі тенденції розвитку.

1 тенденція. Розширення сфери застосування регулівного

ЕП в останній час в основному за рахунок використання ЕП

змінного струму з мікропроцесорним керуванням. Крім того,

утворення нових напрямків та галузей діяльності людини

розширює сферу застосування спеціальних ЕП (побут, побутова

техніка, космос, освоєння світового океану і морських глибин і

таке інше) [3].

2 тенденція. Удосконалення ЕП пов’язані з науко-

технічним прогресом, особливо досягнення матеріалознавства та

мікроелектроніки. Розробка електродвигунів нових серій,

особливо змінного струму та крокових електроприводів [4, 5].

3 тенденція. Підвищення технологічних вимог до

динамічних та точністних показників ЕП, розширення та

ускладнення функцій ЕП, особливо пов’язаних з керуванням

технологічними процесами.

4 тенденція. Підвищення рівня автоматизації стимулює

створення роботів, маніпуляторів, гнучких автоматичних ліній і

виробництв.

5 тенденція. Уніфікація елементної бази ЕП, створення

комплектних ЕП на базі модульно-блочного принципу,

мікропроцесорних ЕП.

6 тенденція. Спрощення механічної частини ЕП,

спрощення їх кінематичного ланцюга за рахунок удосконалення

функцій регулювання безпосередньо електромашинного

перетворювача. Створення лінійних та зворотньо-поступальних

необертових електричних двигунів. Конструктивне поєднання

двигуна й виконавчого механізму. Вбудова електродвигуна у

механічну конструкцію механізму і таке інше.

1.3 Курс ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Курс ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА складається з трьох

частин.

1 частина. Це загальна теорія електропривода, яка вивчає

загальні фізичні закономірності, що властиві різним технічним

реалізаціям ЕП будь-якого призначення, має загальні методи й

рекомендації, що використовуються при проектуванні,

налагодженні та експлуатації ЕП.

2 частина. Охоплює теорію окремих систем ЕП, що

різняться технічною реалізацією, наприклад:

- теорія тиристорного ЕП;

- теорія вентильного частотного ЕП;

- теорія дискретного ЕП і таке інше.

3 частина. Теоретичні питання, пов’язані з застосуванням

ЕП у конкретних промислових установках, наприклад:

- прокатні стани;

- металорізальні верстати;

- вантажопіднімальні крани;

- екскаватори і таке інше.

Тут теорія базується на конкретних специфічних вимогах

типових виробничих установок.

У запропонованому Вашій увазі курсі йдеться в

основному про 1-у частину ЕП, 2-а й 3-я частини

використовуються за необхідністю.

1.4 Короткий історичний нарис розвитку ЕП

Стримуючими факторами розповсюдження ЕП у ХІХ

сторіччі були відсутність у першу чергу надійних джерел

живлення, а особливо їх неекономічність (практично єдиним

джерелом живлення на той час були гальванічні батареї).

Другим чинником була недосконалість електродвигунів.

Суттєвою подією, що сприяла впровадженню ЕП, стало

створення промислового типу економічного джерела живлення –

електромеханічного генератора (З. Грамм, 1870). У цей же

період створюються електродвигуни різних конструкцій

(особливо з самозбудженням).

Наступним гальмом подальшого розповсюдження ЕП

стали проблеми передавання і розподілу існуючих на той час

систем постійного струму, усі вищеназвані електричні машини

були машинами постійного струму. Довгий час постійний струм

використовувався, у основному, для освітлення.

Поява однофазного змінного струму хоча й зіграла

суттєву роль у розвитку електротехніки взагалі, для ЕП

практично нічого не змінила (відсутність початкового пускового

момента в електромеханічних системах при живленні

однофазним струмом.

Відкриття явища обертового магнітного поля у 80-х роках

ХІХ сторіччя (Г. Феррарі й Н. Тесла) поклало початок

створенню багатофазних електромеханічних систем.

Найбільш економічною, простою й надійною виявилась

система трифазного струму, основи якої були розроблені у 1889-

1891 р.р. М. О. Доліво-Добровольським. Система трифазного

струму стала тим новим технічним засобом, за допомогою якого

вирішився весь комплекс проблем виробництва, передавання,

розподілення й споживання електроенергії. Розробкою

трифазної системи були створені передумови для розвитку

електрифікації будь-якої країни, незалежно від особливостей її

території.

Створення М. О. Доліво-Добровольським асинхронного

електродвигуна (1889 р.) з короткозамкненим й фазним

роторами відкрило шлях до подальшого розвитку ЕП,

промисловому використанню електрики.

Першим у Російській імперії трифазними установками

промислового призначення були установки в м. Шепетівка

(Україна) 1893.

На той же час припадає поява у промисловості Імперії

приводів постійного струму. На ткацьких фабриках Морозова

(відомого на той час капіталіста-фабриканта й мецената) у 1896

році уже працювало приводів на базі двигунів постійного

струму. Перший електричний трамвай в Імперії зявився у Києві,

потім Казані, Нижньому Новгороді, Москві, Петербурзі, Одесі.

Явні переваги використання електродвигуна для привода

порівняно з механічними джерелами механічної енергії