Определение понятия «Электропривод». Структурная схема электропривода. Классификация электроприводов.

Определение понятия «Электропривод». Структурная схема электропривода. Классификация электроприводов.

Электроприводом (ЭП) называется электромеханическая си­стема, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенная для приведения в движение рабочих органов машин и управления этим движением (по ГОСТ 16593-79).

Электроприводы подразделяются на групповые, индивиду­альные и взаимосвязанные.

В групповом приводе один электродвигатель приводит в дви­жение с помощью разветвленной передачи группу механизмов или рабочих органов одного механизма. Кинематическая схема такого привода громоздкая, а сам привод неэкономичен, поэто­му находит ограниченное применение.

В индивидуальном приводе электродвигатель приводит в дви­жение только один рабочий орган. Кинематическая схема меха­низма с таким приводом существенно упрощается, повышается экономичность и снижается металлоемкость механизма. Элек­тродвигатель может встраиваться непосредственно в механизм.

Взаимосвязанный привод обеспечивает работу одного меха­низма с помощью нескольких электродвигателей.

Структурная схема электропривода приведена на рис.1.

 

Основной элемент электропривода — электродвигатель (ЭД), который преобразует электрическую энергию в механическую. Для получения электроэнергии требуемых параметров между двигателем и источником энергии включают силовой преобра­зователь.

Управление преобразователем осуществляется от блока управ­ления, на вход которого поступают задающий сигнал U з и сиг­налы U ос обратной связи (ОС), содержащие информацию о ха­рактере движения исполнительных органов, работе отдельных узлов, аварийных режимах. Преобразователь вместе с блоком управления образуют систему управления.

Жирными стрелками на рис.1 показаны силовые каналы передачи электрической и механической энергии, а тонкими - каналы передачи сигналов управления.

Классификация ЭП.

Существует большое разнообразие эл.приводов. Их классификация обычно производится по виду движения и степени управляемости эл.привода, роду электрического и механического передаточных устройств, способу передачи механической энергии исполнительным органами ряду дру­гих признаков.

По виду движения различаются электроприводы враща­тельного и поступательного однонаправленного и реверсив­ного движения, а также электроприводы возвратно-посту­пательного движения. Эти движения могут иметь как не­прерывный, так и дискретный характер.

По принципам регулирования скорости и положения электропривод может быть:

ü нерегулируемый (исполнительный орган приводится в движение с одной постоянной скоростью);

ü регулируемый (путем воздействия на электропривод скорость движения исполнительного органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса);

ü следящий (с помощью электропривода воспроизводится перемещение исполнительного органа в соответствии с про­извольно изменяющимся задающим сигналом);

ü программно-управляемый (электропривод обеспечивает перемещение исполнительного органа в соответствии с за­данной программой);

ü адаптивный (электропривод автоматически обеспечива­ет оптимальный режим движения исполнительного органа при изменении условий его работы);

ü позиционный (электропривод обеспечивает регулирова­ние положения исполнительного органа рабочей ма­шины).

По роду механического передаточного устройства раз­личают редукторный электропривод, содержащий один из видов механического передаточного устройства, и безредукторный, в котором электродвигатель непосредственно соединен с исполнительным органом.

По роду электрического преобразовательного устройст­ва различают:

ü вентильный электропривод, преобразовательным устрой­ством которого является вентильный преобразователь энер­гии. Разновидностями вентильного электропривода явля­ются ионный и полупроводниковый электроприводы. Полу­проводниковый электропривод, в свою очередь, делится на тиристорный и транзисторный электроприводы, преобразо­вательным устройством в которых является соответственно тиристорный или транзисторный преобразователь электро­энергии;

ü система управляемый выпрямитель - двигатель (УВ - Д) — вентильный электропривод постоянного тока, преобазовательным устройством которого является регулируемый выпрямитель;

ü система преобразователь частоты - двигатель (ПЧ - Д) — вентильный электропривод переменного тока, преобразовательным устройством которого является регулируе­мой преобразователь частоты;

ü система генератор - двигатель (Г - Д) и магнитный усилитель - двигатель (МУ - Д) -регулируемый электропривод, преобразовательным устройством которого яв­ляется соответственно электромашинный преобразовательный агрегат или магнитный усилитель.

По способу передачи механической энергии исполнитель­ному органу электроприводы делятся на индивидуальный, взаимосвязанный и групповой.

Индивидуальный электропривод характеризуется тем, что каждый исполнительный орган рабочей машины приводится в движение своим отдельным двигателем.

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов. Частным случаем взаимосвязанно­го электропривода является многодвигательный электропривод, при котором несколько двигателей работают на об­щий вал, приводя в движение один исполнительный орган.

Групповой электропривод характеризуется тем, что от одного двигателя приводится в движение несколько испол­нительных органов одной или нескольких рабочих машин.

 

 

 

2.   Механические характеристики рабочих машин. Механические характеристики электродвигателей.

Механической характеристикой рабочей машины называется зависи-мость:М = f (ω),

где М - момент сопротивления рабочей машины, Н•м; ω - угловая скорость, рад/с; ω=πn/30; π - частота вращения, об/мин.

Большинство механических характеристик машин позволяет описать следующая эм-пирическая формула:

М = М0 + (Мс.ном- М0)(ω/ωном)х,

где М0 - начальный момент сопротивления при ω = 0; ω - текущее значение угловой ско-рости, соответствующее текущему значению момента М; Мс.ном- статический момент со-противления при ωном.

 

При х = 0 получается не зависящая от скорости механическая характеристика, для которой М = Мс.ном (прямая 1 на рис. 1). Такая характеристика у подъемных кранов, лебедок. К этой группе могут быть отнесены механизмы, у которых основное со-противление создают силы трения (навозоуборочные транспортеры, кормораздатчики, шнеки, конвейеры, барабаны сушилок, триеры).

При х=1 получается линейно возрастающая характеристика (линия 2 на рис.1). Ею обладают многие машины, у которых основные сопротивления со-здаются силами трения совместно с аэродинамическими (молотилки, дробилки кормов, лесопильные рамы, зерноочистительные машины). Иногда такая ха-рактеристика называется генераторной, так как она присуща генераторам постоянного тока независимого возбуждения при постоянной нагрузке.

 

Если х=2, то момент сопротивления пропорционален квадрату угловой скорости (кривая 3 на рис.1). Такая характеристика называется вентилятор-ной. Так изменяется момент сопротивления вентиляторов, компрессоров, центробежных насосов, сепараторов, пневматических транспортеров и других механизмов, принцип работы которых основан на законах аэро- и гид-родинамики.

Если х=-1,  то получается нелинейно спадающая характеристика (кривая 4 на рис.1), для которой момент сопротивления изменяется обратно пропорцио-нально скорости, а мощность остается постоянной (такой характеристикой об-ладают металлорежущие станки, у которых с увеличением подачи скорость вращения деталей уменьшается).

Если х=2, то момент сопротивления пропорционален квад­рату угловой скорости (кривая 3 на рис.1). Такая характери­стика называется вентиляторной. Так изменяется момент сопро­тивления вентиляторов, компрессоров, центробежных насосов, сепараторов, пневматических транспортеров и других механиз­мов, принцип работы которых основан на законах аэро- и гид­родинамики.

Если х= -1, то получается нелинейно спадающая характе­ристика (кривая 4 на рис.1), для которой момент сопротивле­ния изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность остается постоянной (такой характеристикой обладают металлорежущие станки, у которых с увеличением подачи скорость вращения деталей уменьшается).

Расчет и построение механической характеристики асинхронного электродвигателя (АД) по паспортным данным.  

Механическую характеристику асинхронного электро­двигателя рассчитывают по уточненной формуле Клосса:

,

где ,  - рассчитываемый и максимальный моменты, Н-м; - коэффициент, Е= f (S); , - задаваемое значение скольжения и максимальное (критическое) скольжение (если  не задано, то находится по формуле), о.е.:

,

где  - кратность максимального момента электродвигателя; - номинальное скольжение, о.е.

Максимальный (критический) момент: ,

где  - номинальный момент, Н-м; - кратность максимального момента, о.е.

Номинальный момент:   ,

где  - номинальная угловая скорость, рад/с.

где  - синхронная частота вращения ротора, мин^-1; - синхронная угловая скорость, рад/с;  - частота тока в сети, Гц;  - количество пар полюсов.

Коэффициент Е:

Ток холостого хода:

Ток при максимальном (критическом) скольжении в относительных единицах:

Номинальный ток I _н

Пересчет тока в именованные единицы:

.

Графики механической и электромеханической характеристик имеют следующий вид:

 

 

 

Определение понятия «Электропривод». Структурная схема электропривода. Классификация электроприводов.

Электроприводом (ЭП) называется электромеханическая си­стема, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенная для приведения в движение рабочих органов машин и управления этим движением (по ГОСТ 16593-79).

Электроприводы подразделяются на групповые, индивиду­альные и взаимосвязанные.

В групповом приводе один электродвигатель приводит в дви­жение с помощью разветвленной передачи группу механизмов или рабочих органов одного механизма. Кинематическая схема такого привода громоздкая, а сам привод неэкономичен, поэто­му находит ограниченное применение.

В индивидуальном приводе электродвигатель приводит в дви­жение только один рабочий орган. Кинематическая схема меха­низма с таким приводом существенно упрощается, повышается экономичность и снижается металлоемкость механизма. Элек­тродвигатель может встраиваться непосредственно в механизм.

Взаимосвязанный привод обеспечивает работу одного меха­низма с помощью нескольких электродвигателей.

Структурная схема электропривода приведена на рис.1.

 

Основной элемент электропривода — электродвигатель (ЭД), который преобразует электрическую энергию в механическую. Для получения электроэнергии требуемых параметров между двигателем и источником энергии включают силовой преобра­зователь.

Управление преобразователем осуществляется от блока управ­ления, на вход которого поступают задающий сигнал U з и сиг­налы U ос обратной связи (ОС), содержащие информацию о ха­рактере движения исполнительных органов, работе отдельных узлов, аварийных режимах. Преобразователь вместе с блоком управления образуют систему управления.

Жирными стрелками на рис.1 показаны силовые каналы передачи электрической и механической энергии, а тонкими - каналы передачи сигналов управления.

Классификация ЭП.

Существует большое разнообразие эл.приводов. Их классификация обычно производится по виду движения и степени управляемости эл.привода, роду электрического и механического передаточных устройств, способу передачи механической энергии исполнительным органами ряду дру­гих признаков.

По виду движения различаются электроприводы враща­тельного и поступательного однонаправленного и реверсив­ного движения, а также электроприводы возвратно-посту­пательного движения. Эти движения могут иметь как не­прерывный, так и дискретный характер.

По принципам регулирования скорости и положения электропривод может быть:

ü нерегулируемый (исполнительный орган приводится в движение с одной постоянной скоростью);

ü регулируемый (путем воздействия на электропривод скорость движения исполнительного органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса);

ü следящий (с помощью электропривода воспроизводится перемещение исполнительного органа в соответствии с про­извольно изменяющимся задающим сигналом);

ü программно-управляемый (электропривод обеспечивает перемещение исполнительного органа в соответствии с за­данной программой);

ü адаптивный (электропривод автоматически обеспечива­ет оптимальный режим движения исполнительного органа при изменении условий его работы);

ü позиционный (электропривод обеспечивает регулирова­ние положения исполнительного органа рабочей ма­шины).

По роду механического передаточного устройства раз­личают редукторный электропривод, содержащий один из видов механического передаточного устройства, и безредукторный, в котором электродвигатель непосредственно соединен с исполнительным органом.

По роду электрического преобразовательного устройст­ва различают:

ü вентильный электропривод, преобразовательным устрой­ством которого является вентильный преобразователь энер­гии. Разновидностями вентильного электропривода явля­ются ионный и полупроводниковый электроприводы. Полу­проводниковый электропривод, в свою очередь, делится на тиристорный и транзисторный электроприводы, преобразо­вательным устройством в которых является соответственно тиристорный или транзисторный преобразователь электро­энергии;

ü система управляемый выпрямитель - двигатель (УВ - Д) — вентильный электропривод постоянного тока, преобазовательным устройством которого является регулируемый выпрямитель;

ü система преобразователь частоты - двигатель (ПЧ - Д) — вентильный электропривод переменного тока, преобразовательным устройством которого является регулируе­мой преобразователь частоты;

ü система генератор - двигатель (Г - Д) и магнитный усилитель - двигатель (МУ - Д) -регулируемый электропривод, преобразовательным устройством которого яв­ляется соответственно электромашинный преобразовательный агрегат или магнитный усилитель.

По способу передачи механической энергии исполнитель­ному органу электроприводы делятся на индивидуальный, взаимосвязанный и групповой.

Индивидуальный электропривод характеризуется тем, что каждый исполнительный орган рабочей машины приводится в движение своим отдельным двигателем.

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов. Частным случаем взаимосвязанно­го электропривода является многодвигательный электропривод, при котором несколько двигателей работают на об­щий вал, приводя в движение один исполнительный орган.

Групповой электропривод характеризуется тем, что от одного двигателя приводится в движение несколько испол­нительных органов одной или нескольких рабочих машин.

 

 

 

2.   Механические характеристики рабочих машин. Механические характеристики электродвигателей.

Механической характеристикой рабочей машины называется зависи-мость:М = f (ω),

где М - момент сопротивления рабочей машины, Н•м; ω - угловая скорость, рад/с; ω=πn/30; π - частота вращения, об/мин.

Большинство механических характеристик машин позволяет описать следующая эм-пирическая формула:

М = М0 + (Мс.ном- М0)(ω/ωном)х,

где М0 - начальный момент сопротивления при ω = 0; ω - текущее значение угловой ско-рости, соответствующее текущему значению момента М; Мс.ном- статический момент со-противления при ωном.

 

При х = 0 получается не зависящая от скорости механическая характеристика, для которой М = Мс.ном (прямая 1 на рис. 1). Такая характеристика у подъемных кранов, лебедок. К этой группе могут быть отнесены механизмы, у которых основное со-противление создают силы трения (навозоуборочные транспортеры, кормораздатчики, шнеки, конвейеры, барабаны сушилок, триеры).

При х=1 получается линейно возрастающая характеристика (линия 2 на рис.1). Ею обладают многие машины, у которых основные сопротивления со-здаются силами трения совместно с аэродинамическими (молотилки, дробилки кормов, лесопильные рамы, зерноочистительные машины). Иногда такая ха-рактеристика называется генераторной, так как она присуща генераторам постоянного тока независимого возбуждения при постоянной нагрузке.

 

Если х=2, то момент сопротивления пропорционален квадрату угловой скорости (кривая 3 на рис.1). Такая характеристика называется вентилятор-ной. Так изменяется момент сопротивления вентиляторов, компрессоров, центробежных насосов, сепараторов, пневматических транспортеров и других механизмов, принцип работы которых основан на законах аэро- и гид-родинамики.

Если х=-1,  то получается нелинейно спадающая характеристика (кривая 4 на рис.1), для которой момент сопротивления изменяется обратно пропорцио-нально скорости, а мощность остается постоянной (такой характеристикой об-ладают металлорежущие станки, у которых с увеличением подачи скорость вращения деталей уменьшается).

Если х=2, то момент сопротивления пропорционален квад­рату угловой скорости (кривая 3 на рис.1). Такая характери­стика называется вентиляторной. Так изменяется момент сопро­тивления вентиляторов, компрессоров, центробежных насосов, сепараторов, пневматических транспортеров и других механиз­мов, принцип работы которых основан на законах аэро- и гид­родинамики.

Если х= -1, то получается нелинейно спадающая характе­ристика (кривая 4 на рис.1), для которой момент сопротивле­ния изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность остается постоянной (такой характеристикой обладают металлорежущие станки, у которых с увеличением подачи скорость вращения деталей уменьшается).