ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ МЕХАТРОННЫХ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Конспект лекций
Часть 1.
1. Базовые понятия и определения в области привода робототехники и мехатроники. Примеры современных систем.
2. Функции приводов, классификация, режимы работы, окружение.
3. Требования к приводам. Сравнение различных видов приводов. Перспективы развития приводов.
4. Виды, классификация и особенности функционирования гидроприводов МТ и РТУ.
5. Устройство, принципы действия и основные характеристики гидроприводов.
Часть 2
6. Принципы работы, виды, классификация, режимы работы электроприводов.
7. Характеристики при регулировании и выбор электроприводов.
8. Принципы построения, характеристики и применение систем управления и регуляторов приводов.
Литература
Часть 2
6. Принципы работы, виды, классификация, режимы работы электроприводов.
Основные понятия и классификация электроприводов
Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного, либо поступательного движения и включающее электромеханический преобразователь (двигатель) и устройство управления двигателем.
В общем случае ЭП включает преобразователь П, электромеханический преобразователь (электродвигатель) ЭМП(Д), рабочий механизм РМ, устройство (или устройства) обратной связи УОС, суммирующий узел СУ. Преобразователь П, устройства обратной связи УОС и суммирующий узел СУ образуют устройство управления УУ. В зависимости от типа ЭП в УУ могут входить и другие элементы управления.
Преобразователь П предназначен для преобразования напряжения сети Uсети в напряжение Uup другой частоты и величины, напряжение той же частоты и переменной величины, постоянное напряжение, изменяющееся по величине, и др. Это напряжение подается на ЭМП (Д), который, развивая на валу вращающий момент M, непосредственно или через передаточное устройство приводит в движение (вращательное или поступательное) рабочий механизм РМ с моментом сопротивления Мс.
УОС служит для контроля, измерения и последующего учета ЭП регулируемой величины (на рис. 1 - частоты вращения ω).
УС осуществляет функцию суммирования задающего напряжения Uзап и напряжения обратной связи по частоте вращения или иной величине Uoc. Результирующее напряжение управления Uрез равное разности между задающим напряжением и напряжением обратной связи, определяет выходные параметры преобразователя и, следовательно, скорость вращения двигателя.
|
Рис. 1 |
| Вариант блок-схемы электропривода |
Блок-схема (рис. 1) соответствует структуре автоматизированных электроприводов наиболее массовому типу ЭП. Другие типы ЭП могут иметь структуру большей или меньшей сложности.
Классификация электроприводов
В соответствии с ГОСТ - 16593 ЭП классифицируются по следующим характеристикам:
По количеству и связи исполнительных, рабочих органов.
1. Индивидуальный, в котором рабочий исполнительный орган приводится одним самостоятельным двигателем, приводом.
2. Групповой, в котором один двигатель приводит в действие исполнительные органы РМ или несколько органон одной РМ.
3. Взаимосвязанный, в котором два или несколько ЭМП или ЭП электрически или механически связаны между собой с целью поддержания заданного соотношения или равенства скоростей, или нагрузок, или положения исполнительных органов РМ.
4. Многодвигательный, в котором взаимосвязанные ЭП, ЭМП обеспечивают работу сложного механизма или работу на общий вал.
5. Электрический вал, взаимосвязанный ЭП, в котором для постоянства скоростей РМ, не имеющих механических связей, используется электрическая связь двух или нескольких ЭМП.
По типу управления и задаче управления.
1. Автоматизированный ЭП, управляемый путем автоматического регулирования параметров и величин.
2. Программно-управляемый ЭП, функционирующий через посредство специализированной управляющей вычислительной машины в соответствии с заданной программой.
3. Следящий ЭП, автоматически отрабатывающий перемещение исполни тельного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.
4. Позиционный ЭП, автоматически регулирующий положение исполнительного органа РМ.
5. Адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру или параметры устройства управления с целью установления оптимального режима работы.
По характеру движения.
1. ЭП с вращательным движением.
2. Линейный ЭП с линейными двигателями.
3. Дискретный ЭП с ЭМП, подвижные части которого в установившемся режиме находятся в состоянии дискретного движения.
По наличию и характеру передаточного устройства.
1. Редукторный ЭП с редуктором или мультипликатором.
2. Электрогидравлический с передаточным гидравлическим устройством.
3. Магнитогидродинамический ЭП с преобразованием электрической энергии в энергию движения токопроводящей жидкости.
По роду тока.
1. Переменного тока.
2. Постоянного тока.
По степени важности выполняемых операций.
1. Главный ЭП, обеспечивающий главное движение или главную операцию (в многодвигательных ЭП).
2. Вспомогательный ЭП.
Элементы механики электропривода.
Уравнение движения ЭП
Где М - вращающий момент двигателя, Нм; Мс - приведенный к валу двигателя момент сопротивления РМ, Нм; J - приведенный к валу двигателя момент инерции ЭП, Нм; ω - угловая частота вращения двигателя, рад/с.
Величина Mдин=Jdω/dt называется динамическим или избыточным моментом ЭП, Положительный динамический момент обеспечивает разгон ЭП, отрицательный замедление. Мощность двигателя
Где [М]=Нм и [ɷ]=рад/с
Поскольку со=2тт/60=п/9,55 (где п измеряется в об/мин), то:
Номинальный момент двигателя можно вычислить по приводимым в паспорте номинальной мощности Рн и номинальной скорости вращения двигателя пн
Приведенный к валу двигателя момент сопротивления
где j и п соответственно передаточное отношение и КПД передачи. Приведенный к валу двигателя момент инерции ЭП, в котором сочетаются вращательное и поступательное движения (например, ЭП лифта)
где Jд моменты инерции ротора двигателя; JPM момент рабочего механизма
(редуктора и шкива); ωРМ - частота вращения рабочего механизма, рад/с; G - вес перемещаемого посредством ЭП груза, кг; V - линейная скорость перемещениягруза м/с; g - ускорение силы тяжести, 9,8 м/с. Определение времени ускорения и замедления ЭП
Время t1-2 ускорения или замедления ЭП от частоты вращения ω1 до ω2 определяется путем интегрирования уравнения движения ЭП
В простейшем случае, когда M=const, Mc=const, J=const, получим: 
В частном случае, при пуске двигателя до частоты вращения ωс, время
пуска tnопределяется выражением:
