В.2. Понятие “электромеханика”. Структура электромеханических систем

В настоящее время электромеханика как наука вполне сформирована и имеет свою базовую терминологию и определение. Так в соответствии с Государственными образовательными стандартами РФ 2000 и 2010 годов можно сформулировать следующую трактовку: “Электромеханика – область науки и техники, включающая совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, созданных для применения электрической энергии, ее преобразования в механическую энергию и обратно и управления этим процессом”.

Объектом исследования в электромеханике как науке является электромеханическая система, в состав которой входят:

- механическое устройство с преобразователями движения и рабочим органом;

- исполнительный электропривод;

- интеллектуальное устройство управления с локальной системой регулирования электроприводом и системой комплексной автоматизации.

На рис. В.2 приведена обобщенная структура электромеханической системы. Задачей любой электромеханической системы является преобразование информации о цели управления, поступающей с верхнего уровня от человека-оператора либо промышленного компьютера, в целенаправленное функциональное движение.

Сигнал задания обрабатывается локальной системой автоматического регулирования, усиливается и преобразуется в силовом электронном преобразователе и воздействует на исполнительный двигатель. Исполнительный двигатель совместно с преобразователем движения и рабочим органом совершает заданное движение и выполняет при этом необходимую полезную работу.

В процессе движения объект оказывает возмущающее воздействие на рабочий орган. Примерами таких воздействий могут служить силы сопротивления металла при его прокатке, силы резания для операций механообработки, сила тяжести при подъеме груза и т.п. Поэтому с целью обеспечения заданного качества движения необходимо иметь информацию о фактическом состоянии внешней среды, механического устройства, исполнительных двигателей и силовых преобразователей. Для получения этой информации в электромеханическую систему вводятся специальные датчики и информационные устройства.

Рис. В.2. Обобщенная структура электромеханической системы

Бурное развитие техники и технологий производства механических узлов, устройств электроники и информационных технологий в последние десятилетия предопределило возможность создания модулей, конструктивно объединяющих в своем составе различные элементы электромеханической системы. Типичным примером таких модулей является мотор-редуктор, где механический редуктор и электродвигатель выпускаются как единый функциональный элемент. При этом сочленение двигателя и редуктора осуществляется без соединительной муфты путем закрепления вала двигателя в полом вале редуктора посредством шпонки. Примером также является и современный преобразователь для питания электродвигателя, в котором одновременно с силовой схемой встроена система автоматического регулирования координатами электропривода и технологическими координатами. Объединение двигателей с информационными датчиками привело к созданию так называемых мехатронных модулей движения, в которых достигнута интеграция уже трех устройств различной физической природы: механических, электротехнических и электронных.

В современных электромеханических системах используются различные типы электродвигателей: переменного и постоянного тока, вентильные, шаговые и др. В качестве преобразователей движения применяют зубчатые, винтовые и прочие передачи. Силовые электронные преобразователи реализуются как на основе тиристоров, так и на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором. В состав систем входят датчики положения, скорости, тока и др. координат, дающих достаточную информацию о фактическом состоянии подсистем и объекта в целом.