Назначение электрического привода кратко

Обновлено: 02.07.2024

Первый электрический привод был осуществлен в 1838 г. петербургским академиком Б. С. Якоби, который на основе разработанного им в 1834 г. двигателя постоянного тока с вращающимся валом использовал его с питанием от гальванической батареи для привода гребных колес прогулочного катера. Вместе с тем, отсутствие экономически целесообразных источников электрической энергии не позволяло на том уровне развития электрического привода использовать его в производстве.

По существу электрический привод стали внедрять в производство и заменять им тепловой и другие приводы машин и механизмов после разработки русским инженером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским в 1889-1891 гг. системы производства, распределения и потребления трехфазного переменного тока, в том числе разработки им трехфазного асинхронного двигателя. Очевидные экономические преимущества централизованного производства электроэнергии трехфазного переменного тока и простота ее распределения привели к тому, что электрический привод, постепенно вытесняя другие виды привода машин и механизмов, занял главенствующее место во многих отраслях народного хозяйства.

Исторически сложилось так, что электрический привод из-за своего исключительного значения и широкого распространения, в результате которого на долю ЭП приходится потребление свыше 60 %вырабатываемой в стране электроэнергии, выделен из общих технологических электроустановок для отдельного рассмотрения.

Электрический привод

Электрическим приводом называют электромеханическую систему, состоящую в обобщенном виде из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением (рис. 1.1).

Основное назначение электропривода как технологической электроустановки – преобразование электрической энергии в механическую энергию движения исполнительных органов машин и механизмов. В отдельных случаях при реализации генераторных режимов торможения возможно и обратное преобразование энергии.

Электродвигательное устройство обеспечивает непосредственное преобразование электрической энергии в механическую.

Преобразовательное устройство осуществляет преобразование электрической энергии источника в необходимый для электродвигательного устройства вид. В простейшем случае функции преобразовательного устройства в электроприводе выполняет различного рода коммутационная аппаратура: контакторы, магнитные пускатели, тиристорные коммутаторы и т. д. В более сложном случае – управляемые полупроводниковые преобразователи: выпрямители, регуляторы напряжения, преобразователи частоты и т. д.

Рис. 1.1. Функциональная схема автоматизированного электропривода:

М – электродвигательное устройство; ПРБ – преобразовательное устройство; ПРД – передаточное устройство; УУ – управляющее устройство.

Передаточное устройство механическую энергию электродвигательного устройства преобразует в вид, необходимый для потребителя механической энергии. В качестве передаточного устройства в электроприводе используют муфты, ременные и цепные передачи, редукторы. По функциональному назначению передаточное устройство сходно с преобразовательным с тем лишь отличием, что преобразовательное преобразует электрическую энергию, а передаточное – механическую.

Потребители механической энергии – это исполнительные органы рабочих машин и механизмов различных технологических установок.

Преобразовательное, электродвигательное и передаточное устройства образуют энергетическую часть электропривода.

Информационную часть электропривода представляет управляющее устройство, которое в ряде случаев классифицируют как информационно-управляющее. Оно на входе получает сигналы задания и обратных связей, а на выходе вырабатывает сигналы управления энергетической частью электропривода. В состав управляющего устройства высокого уровня включают микропроцессорные средства, микро- и мини-ЭВМ.

Важный энергетический показатель электропривода – это коэффициент полезного действия (к. п. д.), значение которого при пренебрежении сравнительно малым потреблением электроэнергии устройством управления определяется выражением

где , , , – соответственно к. п. д. электропривода, преобразовательного, электродвигательного и передаточного устройств.

Так как значения к. п. д. преобразовательного и передаточного устройств достаточно близки к единице и мало зависят от степени нагрузки, то в целом к. п. д. электропривода определяется значением к. п. д. электродвигательного устройства. Как известно, он тоже достаточно высокий и для электродвигателей вращательного движения составляет при номинальной нагрузке 60-95 %. Меньшие значения к. п. д. соответствуют тихоходным электродвигателям малой мощности. При мощностях же свыше 1 кВт номинальное значение к. п. д. электродвигателей, а соответственно и электропривода, как правило, превышает 70 %.

Преимущества электропривода – малый уровень шума при работе и отсутствие загрязнения окружающей среды, широкий диапазон мощностей и угловых скоростей, доступность регулирования угловой скорости и соответственно производительности технологических установок, относительная простота автоматизации, монтажа и эксплуатации по сравнению с тепловыми двигателями, например внутреннего сгорания.

Классификация электропривода

По основным характерным признакам электроприводы классифицируют следующим образом.

По способу передачи механической энергии исполнительному органу технологической установки различают: групповой, одиночный, индивидуальный и взаимосвязанный электропривод. В групповом электроприводе электродвигатель приводит в движение несколько исполнительных органов одной или нескольких рабочих машин. В одиночном – один исполнительный орган. В индивидуальном – отдельные части электродвигателя представляют собой часть исполнительного органа, например двигатель и исполнительный орган в виде моторколеса. Во взаимосвязанном электроприводе несколько двигателей осуществляют привод одного исполнительного органа, например привод тягового органа протяженного конвейера несколькими электродвигателями.

По наличию механического передаточного устройства выделяют редукторный электропривод и безредукторный. В редукторном электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор. В безредукторном передача движения от электродвигателя осуществляется либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.

По роду тока и виду электродвигательного устройства различают электроприводы переменного и постоянного тока; асинхронные, синхронные, вентильные и др.

По виду используемого преобразовательного устройства различают электроприводы следующих систем: УВ-Д (управляемый выпрямитель – двигатель), ШИП-Д (широтно-импульсный преобразователь – двигатель), МУ-Д (магнитный усилитель – двигатель), ТРН-АД (тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель), ПЧ-АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель) и др.

По степени (уровню) автоматизации электропривод может быть: неавтоматизированным, автоматизированным и автоматическим. Неавтоматизированные электроприводы – с ручным управлением, в производственных процессах по требованиям обеспечения безопасности производства не используют. Автоматизированные электроприводы – управляемые автоматическим регулированием параметров; наиболее распространены асинхронные электроприводы мощностью до 200 кВт с синхронными частотами вращения от 750 до 3000 об/мин, которые имеют невысокую стоимость, просты в монтаже и эксплуатации и обладают повышенной надежностью по сравнению с другими типами электроприводов. Автоматические электроприводы – в которых управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора, обеспечивают гибкое управление технологическими процессами и их полную автоматизацию на основе аппаратных либо программных средств.

Литература

1. Шичков Л.П. Электрический привод. - М.: КолосС, 2006. – 279 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений) .

2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. – 6-е изд., доп. и перераб. – М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с., ил.

1. Общие сведения об электроприводе. 1

1.1. Историческая справка. 1

1.2. Электрический привод. 1

1.3. Классификация электропривода. 4

Общие сведения об электроприводе

История развития электропривода

Электрический привод

Рис. 1.1. Функциональная схема автоматизированного электропривода:

Классификация электропривода

По основным характерным признакам электроприводы классифицируют следующим образом.

Литература

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему , предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В общем случае электропривод состоит из 4-х устройств:

Преобразовательное устройство предназначено для преобразования рода тока, напряжения и частоты тока питающей сети и передачи преобразованных параметров сети в электрическую часть электропривода. Поэтому оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.

Структурная схема электропривода

В качестве преобразовательных устройств используются:

для преобразования рода тока – выпрямители , преобразующие переменный ток в постоянный;

для преобразования напряжения – трансформаторы , преобразующие переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты;

для преобразования частоты тока – преобразователи частоты, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой, регулируемой частоты.

для преобразования напряжения – инверторы , преобразующие постоянное напряжение в пременное регулируемой амплитуды и частоты

Рассмотрим поочередно преобразовательные устройства.

Выпрямители

На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся (в оснвном на судах старой постройки):

якорно – швартовные механизмы – брашпили;

грузоподъёмные – грузовые лебёдки и краны;

гребные электрические установки, предназначенные для движения судна.

Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.

Трансформаторы

Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Однако они нашли применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электроприводами напряжением 380В и 660В.

Преобразователи частоты

На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузоподъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.

Электродвигательное устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую или, в некоторых системах судовых электроприводов (система генератор – двигатель), механической энергии в электрическую.

К электродвигательным устройствам относят электродвигатели постоянного и переменного тока, а также универсальные ( переменно-постоянного тока ). Последние нашли на судах ограниченное применение, в основном, в электроприводах вентиляторов мощностью до 250…300 Вт.

Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу механизма.

К передаточным устройствам относят механические, гидравлические и другие передачи. Передаточные устройства применяют в грузоподъёмных, якорно-швартовных и рулевых механизмах. Например, в электроприводе грузовой лебёдки передаточным устройством является редуктор, расположенный между электродвигателем и грузовым барабаном лебёдки.

Простейшие по устройству электроприводы, например, вентиляторы и центробежные насосы, не имеют передаточного устройства, т.к. у них крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.

Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устройства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, остановку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командоконтроллера (с рукояткой управления) и

станции управления, внутри корпуса, которой находятся коммутационные и защитные электрические аппараты – контакторы, реле, предохранители и др.

В сложных современных судовых электроприводах составной частью управляющего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответствии с заданными алгоритмами (программами).

При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя механизмами крана (подъём, поворот, стрела), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков – большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики величину тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.

Назначение и классификация электроприводов

Электропривод – это электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих информационных устройств, в предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины (ИО РМ) и управления этим движением для осуществления технологического процесса.

рис 1. Структурная схема электропривода

ЭД – это электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот.

Преобразователь электроэнергии – электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электроэнергии с одними параметрами в электроэнергию с другими параметрами и для управления процессом преобразования энергии.

Механическая передача – это механический преобразователь предназначенный для передачи механической энергии от ЭД к исполнительному органу рабочей машины и согласования вида и скоростей их движения.

Управляющее устройство – это совокупность элементов и устройств, предназначенных для формирования управляющих воздействий в ЭП и обеспечивающих взаимодействие электропривода с отдельными системами его частей.

Рабочая машина – машина осуществляющая изменение формы свойств состояний и положения предметов труда.

Исполнительный орган рабочей машины – это движущийся элемент рабочей машины, который выполняет технологическую операцию.

Система управления электроприводом – совокупность преобразования электрической энергии и устройства управления, предназначенная для управления электромеханическим преобразованием энергии в целях обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.

Электрический привод, сокращенно электропривод - электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [1].

Функциональная схема электропривода, где ЭП - электрический преобразователь, ИУ - информационное устройство, ЭМП - электромеханический преобразователь (электродвигатель), МП - механический преобразователь, ИО - исполнительный орган.

Основные компоненты

Электродвигатель

Электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую.

Система управления электропривода

Совокупность управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения электропривода, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.

Механический преобразователь

Предназначен для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения.

Читайте также: