Изложен материал по изучению электрических приводов, которые являются основным средством автоматизации и комплексной механизации технологических и производственных процессов. Значительное внимание уделено устройствам электроприводов постоянного и переменного тока, принципам их работы и основным характеристикам. Выделены также наиболее существенные и общие черты современных разомкнутых электроприводов.
Предназначен для студентов специальности 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» и по направлению подготовки бакалавриата 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» дневной и дистационной форм обучения, а также студентов специальности 080801Э «Прикладная информатика в электрооборудовании и электрохозяйстве предприятий, организаций и учреждений» дневной формы обучения.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
Электрический привод (ЭП) является энергетической основой технологических и производственных процессов, которые реализуются за счет механической энергии. Приводя в движение исполнительные органы (ИО) рабочих машин и механизмов и управляя этим движением с заданным качеством, ЭП обеспечивает добычу полезных ископаемых, изготовление и обработку различных изделий и материалов, перемещение людей и грузов, и выполнение многих других технологических операций с наилучшими техническими и экономическими показателями.
Более 60 % вырабатываемой в стране электроэнергии потребляется электрическим приводом. Чем же определяется главенствующее место электрического привода среди других возможных видов привода – теплового, гидравлического и пневматического. Объясняется это целым рядом его преимуществ:
1) наиболее экономичным преобразованием электрической энергии в механическую;
2) возможностью изготовления электродвигателей на самые разнообразные мощности и скорости движения. Диапазон мощности современного электропривода колеблется от сотых долей ватта до десятков тысяч киловатт, а пределы скорости вращения – от долей оборота вала в минуту до нескольких сотен тысяч оборотов в минуту;
3) высоким КПД электропривода, надежностью в эксплуатации, благоприятными условиями для обслуживающего персонала, отсутствием загрязнения окружающей среды;
4) возможностью создания электроприводов для работы в самых разнообразных условиях – в воде, в среде агрессивных жидкостей и газов, при низких и высоких температурах и т.д.;
5) разнообразием конструктивного исполнения электродвигателей, что позволяет рационально соединять приводы с исполнительным органом рабочей машины;
6) возможностью с помощью простых средств реализовать разнообразные и сложные виды движения исполнительных органов рабочих машин, а также изменять направление движения и его параметры – скорость, ускорение;
7) легкостью автоматизации производственных и технологических процессов.
Возможности использования современных ЭП продолжают постоянно расширяться.ведение
…
1. Понятие «Электропривод»
Электропривод предназначен для приведения в движение исполнительных органов (ИО) рабочих машин. Он позволяет осуществлять автоматизацию и комплексную механизацию производственных и технологических процессов, резко повысить производительность труда, качество выпускаемой продукции, улучшить условия труда [3,4].
Простейшая структурная схема разомкнутого электропривода приведена на рисунке 1.1. Обратные связи в схеме отсутствуют.
Рис. 1.1. Структурная схема электропривода
В схеме:
ЭЭ – электрическая энергия. Ее параметры – напряжение (U), частота (f) и ток (I);
МЭ – механическая энергия. Ее параметры – угловая (ω) или линейная (V) скорость, полезный момент (М) или сила (F);
ИЭЭ – источник электрической энергии;
ПУ – преобразовательное устройство – преобразователь напряжения или частоты, предназначенное для преобразования параметров электроэнергии;
ЭД – электродвигательное устройство (электродвигатель). Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую и обратно. В электроприводах применяют электродвигатели постоянного и переменного тока традиционного исполнения и специального исполнения. Ротор (или якорь) обладают моментом инерции J (кг·м2), вращаются со скоростью (рад/с). На валу двигателя возникает полезный момент М (Нм) и полезная мощность Р2 (кВт);
МПУ – механическое передаточное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения или вида движения. В качестве МПУ в электроприводах применяют редуктор, ременную передачу, винтовую и зубчато-реечную передачи, кривошипно-шатунный механизм, барабан с тросом, электромагнитную фрикционную муфту и некоторые другие.
В качестве примера приведем редукторную и винтовую передачи (рис.1.2 а, б).
В элементах МПУ за счет трения возникают потери мощности ∆Р (кВт). МПУ обладают либо моментом инерции Jи.о. или инерционной массой m (кг);
ИО – исполнительный орган, предназначенный для совершения полезной работы.
Рис. 1.2. Виды передач: а) редукторная передача; б) винтовая передача
На ИО – возникает момент сопротивления Мс или сила сопротивления Fс в ньютонах, в зависимости от вида движения. Они создают на ИО мощность сопротивления Рс = – при вращательном движении; Рс = FсVи.о – при линейном движении.
Электродвигатель (с учетом потерь мощности в МПУ) должен преодолевать мощности сопротивлений.
Согласно приведенной структурной схеме режимы работы электродвигателя, а следовательно, и исполнительного органа задаются вручную путем воздействия на параметры преобразовательного устройства (ПУ).
Для функционирования рабочих машин и механизмов к их исполнительным органам от привода должна быть подведена механическая энергия, за счет которой и совершается движение этих механизмов. Характер движения может быть разнообразным – вращательным однонаправленным (крыльчатка насоса и вентилятора, фреза фрезерного станка) и реверсивным (валки прокатного стана, шпиндель токарного станка), поступательным однонаправленным (лента транспортера, цепь конвейера) и реверсивным (стол строгального станка, подъемные механизмы), а также возвратно-поступательным (прессы). Иногда эти движения должны совершаться сразу в нескольких плоскостях – антенна радиотелескопа, рука «робота», ковш экскаватора.
Многие машины и механизмы при своей работе требуют изменения не только направления, но и скорости движения исполнительных органов. Так, угловая скорость валков прокатного стана должна быть различной в зависимости от профиля прокатываемого металла. Также необходимо изменять скорость подачи режущего инструмента или стола металлообрабатывающего станка в зависимости от твердости материала обрабатываемой детали, ее конфигурации и стойкости режущего инструмента. Для большинства подъемно-транспортных машин – кранов, лифтов – для обеспечения точного останова исполнительных органов их скорость должна быть предварительно снижена [3].
Еще одно важное требование к электроприводу связано с поддержанием с заданной точностью скорости движения исполнительного органа (металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.).
Наряду с обеспечением движения исполнительных органов электропривод одновременно выполняет и разнообразные функции по автоматизации технологических процессов и операций. Круг этих функций разнообразен. Большинство их может быть решено только с применением современного автоматизированного электропривода.
Немаловажной функцией, возлагаемой на электропривод, является обеспечение защит, блокировок и сигнализаций при работе технологического оборудования.
(рад/с). На валу двигателя возникает полезный момент М (Н
м) и полезная мощность Р2 (кВт);
или инерционной массой m (кг);
– при вращательном движении; Рс = Fс