1.2. Структура электропривода

Электропривод — это техническая система, предназначенная для приведения в движение рабочих органов машины и целенаправленного управления рабочими процессами, состоящая из электродвигательного, передаточного, преобразовательного и информационно-управляющего устройств [1].

Электродвигательное устройство — это электрический двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую — электромеханический преобразователь энергии. Двигатели могут быть различными по виду создаваемого ими движения: вращательного, линейного, шагового, вибрационные и др. Большинство используемых электродвигателей — это машины вращательного движения. Для передачи движения от электродвигателя к рабочему органу машины служит механическое передаточное устройство: редуктор, трансмиссия, ременная передача, канатная передача, кривошипно—шатунный механизм, передача винт-гайка и др. (см. рис. 1 .1). Передаточный механизм характеризуется коэффициентом передачи, представляющим собой отношение скорости на входе к скорости на выходе механизма. В некоторых рабочих машинах (например, насосы, вентиляторы, центрифуги) механическое передаточное устройство, как правило, отсутствует.

Преобразовательное устройство — это преобразователь электрической энергии. Эти устройства применяются в регулируемом электроприводе для целенаправленного и экономичного изменения параметров движения электропривода: скорости, развиваемого момента и др. К электрическим преобразовательным устройствам относятся управляемые выпрямители, преобразователи частоты и другие. В нерегулируемых электроприводах преобразовательное устройство, как правило, отсутствует.

Рис. 1 .1. Механические передаточные устройства: а — редуктор; б — зубчато-реечная передача; в - барабанно-канатная передача; г — кривошипно-шатунный механизм; д — ременная передача; е — винтовая передача; ж — шарико-винтовая передача

Электрическое преобразовательное устройство обычно представляет собой преобразователь, выполненный на силовых полупроводниковых приборах: неуправляемых (диоды) и управляемых (тиристоры, запираемые тиристорьт, биполярные транзисторы с изолированньтм входом — ЮВТ, и другие).

Электродвигательное, передаточное и преобразовательное устройства образуют силовой канал электропривода (см. рис. 1 2), содержащийэлектрическую часть (сеть, преобразователь электрической энергии, электродвигатель) и механическую часть (подвижный элемент, например, ротор и вал электродвигателя, механическая передача, рабочий орган машины).

Рис.1.2. Структура силового канала электропривода

При работе электропривода в двигательном режиме электрическая энергия, поступающая из сети, преобразуется электродвигателем в механическую энергию, которая передается рабочему органу машины и расходуется на выполнение технологического процесса (резание в металлорежущих станках, подача воды насосами, подъем груза краном и т.п.). Во всех звеньях силового канала часть энергии теряется. Следует стремиться сокращать потери энергии при ее преобразовании и передаче. Энергетическую эффективность электропривода обычно оценивают посредством кпд, который при однонаправленном потоке энергии определяют как отношение полезной мощности на рабочем органе к потребляемой мощности

(1.1.)

Кпд электропривода равен произведению кпд электрического, электромеханического преобразователей и механической передачи. Для того чтобы оценить кпд рабочей машины в целом, кпд электропривода нужно умножить на кпд самой рабочей машины η_рм (например, насоса)

(1.2.)

Здесь Р_техн – технологически необходимая мощность для выполнения данного производственного процесса.

Электроприводы могут работать не только в двигательном, но и в тормозном режиме (например, спуск груза, принудительное торможение машины при останове и т.п.). В этом случае энергия торможения — потенциальная энергия спускаемого груза или кинетическая энергия движущихся масс, - поступает в электромеханический преобразователь, который работает в режиме генератора. Эта энергия за вычетом потерь и совершаемой рабочим органом в процессе торможения работы отдается в питающую сеть, если система допускает рекуперацию энергии. Если не допускает — избыток энергии рассеивается в балластном сопротивлении R. Направление потока энергии в режиме торможения показано на рис. 1.2 пунктиром.

Важнейшей функцией электропривода является управление преобразованной механической энергией, т.е. управление технологическим процессом. Его реализует входящее в состав электропривода информационно-управляющее устройство. Общая структура электропривода показана на рис. 1 .3. Здесь пунктирной линией обведены элементы системы, входящие в состав электропривода и образующие силовой и информационный каналыэлектропривода.

Рис. 1 . 3 . Структура автоматизированной электромеханической системы

Информационно-управляющее устройство состоит из аппаратов управления и защиты, осуществляющих включение, пуск, останов электропривода и защиту от аварийных и аномальных режимов работы, а также из электронных и микропроцессорных устройств управления и датчиков технологических, механических и электрических параметров, характеризующих работу электропривода. Совокупность информационных и управляющих устройств образует информационный канал электропривода, предназначенный для управления параметрами (координатами) электропровода в соответствии с требованиями технологического процесса. Важной функцией системы управления является также осуществление технологического процесса с минимальными затратами электрической энергии.

В последние годы информационный канал электропривода все в большей степени реализуется с использованием устройств управляющей вычислительной техники: промышленных компьютеров, программируемых контроллеров, микропроцессорных средств и систем. Это позволяет, в частности, управлять отдельными электроприводами от управляющих устройств более высокого уровня (АСУТП), объединяющих управление всеми производственными машинами, обслуживающими данный технологический процесс.