Введение. Общие сведения о вентильном электроприводе

Лекция 1

Общие сведения о вентильном электроприводе. Классификация.

 

Введение.

С объектами, приводимыми в движение электрическими машинами, мы постоянно сталкиваемся не только в сфере промышленности и транспорта, но и в бытовой сфере. В нашу жизнь прочно вошли такие устройства с электроприводом, как стиральная машина, вентилятор, лифт, кондиционер, кофемолка, пылесос и т.д. В настоящее время основным средством приведения в движение рабочих машин является электрический двигатель и соответственно основным типом привода служит электрический привод или сокращенно электропривод (ЭП). В области промышленности и на электрифицированном транспорте электродвигатели приводят в движение станки, грузоподъемные механизмы, компрессоры, конвейеры, экскаваторы, вагоны метрополитена, трамвая, троллейбуса и т.д. Этот перечень Вы без труда можете продолжить сами, и он займет не один десяток страниц. Электрические машины, электромеханические преобразователи и электропривод прошли достаточно долгий путь развития и совершенствования.

Первый в истории техники электропривод был создан академиком Б.С. Якоби в Петербурге в 1834-1838 гг. Этот электропривод с машиной постоянного тока, питаемой от гальванических батарей, использовался для приведения в движение катера на реке Неве.

Примерно в 1890 г. выдающийся русский инженер Доливо-Добровольский разработал первые образцы трехфазных машин переменного тока.

Тяговый электропривод на железных дорогах впервые был использован в 1876 г. в Петербурге инженером А.Пироцким, а в 1881 г. в Германии была электрифицирована трамвайная линия.

В 1895 г. в США была осуществлена электрификация пригородной железной дороги. Во всех системах электрификации железных дорог вначале использовались двигатели постоянного тока. Первый опыт использования электрических машин переменного тока для железнодорожного транспорта относится к 1890 г. (Италия). В промышленности на первых этапах развития техники электрического привода использовался преимущественно групповой электропривод, когда исполнительные органы нескольких рабочих машин приводились в движение одним двигателем. При этом применялись сложные трансмиссии и терялось одно из важнейших достоинств электропривода – простота управления потоками энергии и движением исполнительных органов. Развитие техники электропривода характеризуется постепенным приближением места, где электрическая

энергия преобразуется в механическую, к исполнительным органам машин. В настоящее

время, как правило, каждый исполнительный орган рабочей машины приводится в движение отдельным, индивидуальным приводом. Использование индивидуального привода создает условия для автоматизации, позволяет расширить технологические возможности установок, повысить их производительность и качество управления технологическими процессами.

На современном уровне развития техники электропривод выполняется в виде автоматизированного вентильного электропривода (АВЭП).

С помощью АВЭП осуществляются необходимые перемещения в металлорежущих станках, различных перерабатывающих машинах, транспортных средствах, в подъемных установках и т.д. Более половины производимой электроэнергии потребляется АВЭП.

Особенность АВЭП состоит в том, что переработка информации, необходимая для управления потоками энергии, осуществляется автоматически с помощью полупроводниковых систем регулирования. Благодаря применению АВЭП человек освобождается не только от тяжелого физического труда, но с него снимаются также функции соответствующей переработки информации. В результате достигается улучшение условий труда занятых в производственном процессе людей, а также наблюдается значительный рост эффективности процесса производства. Развитие и совершенствование современного АВЭП определяется, прежде всего, прогрессивными решениями в области новых типов электромеханических преобразователей и совершенствованием традиционных электрических машин, развитием силовой преобразовательной техники и электроники, новыми достижениями в теории автоматического управления.

 

2. Определение понятия «Вентильный электропривод»

Электрический привод представляет собой электромеханичёское устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций, динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны, нагрузка механической части привода, условия движения ее связанных масс,

точность передач и т. п. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления, поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему, составные части которой находятся в тесном взаимодействии. Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов. Развитие автоматизированного вентильного электропривода (рисунок 1.) ведет к совершенствованию конструкций машин, к коренным изменениям технологических процессов, к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства.

Основные элементы АВЭП показаны на рис. 1.: РМ – рабочая машина, МПУ – механическое передаточное устройство, ЭДУ – электродвигательное устройство, СПУ – силовое преобразовательное устройство, УУ – управляющее устройство, ЗУ – задающее устройство. Дадим более подробную характеристику перечисленных элементов АЭП.

Под рабочими машинами понимают механические устройства, осуществляющие изменение формы, свойств, состояния и положения предметов труда или сбор, переработку и использование информации. Примерами рабочих машин для изменения формы предметов труда могут служить металлообрабатывающие станки, прессы, прокатные станы металлургического производства и др. Изменение свойств и состояния предметов труда осуществляется, например, с помощью установок для закалки, нанесения покрытий, химических установок, компрессоров и др.

 

Рисунок 1. – Схема автоматизированного электропривода

 

Для изменения местоположения объектов используются подъемные краны, лифты, эскалаторы, конвейеры, электрифицированные транспортные средства и др. Учитывая столь широкую область применения АВЭП, можно сказать, что он охватывает практически все области современной техники. Электродвигательное устройство является в электроприводе основным элементом, преобразующим механическую энергию в

электрическую. В качестве ЭДУ используются асинхронные двигатели, синхронные двигатели, двигатели постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения, шаговые, вентильные двигатели и др. Механическая энергия от ЭДУ передается к исполнительным органам РМ через механическое передаточное устройство (механический редуктор, цепная передача, ходовая пара «винт-гайка» и т.д.). МПУ позволяет при необходимости преобразовать выходные переменные ЭДУ в требуемые для приведения в движение РМ. Например, преобразовать вращательное движение вала двигателя в линейное перемещение суппорта токарного станка, понизить с помощью редуктора частоту вращения вала двигателя, обеспечить необходимую величину момента или усилия на исполнительном органе РМ.Для создания регулирующего воздействия на ЭДУ используется силовое преобразовательное устройство. На вход СПУ поступают сигналы от управляющего устройства. Желаемые значения регулируемых переменных задаются с помощью задающего устройства. Современные АВЭП при жестких требованиях к качеству регулирования выходных переменных выполняются в виде замкнутых систем автоматического управления. При этом на входы УУ кроме сигналов задания поступают сигналы обратной связи, формируемые датчиками обратных связей Д1, Д2, и т.д. Например сигналы, пропорциональные частоте вращения двигателя ω_д, моменту на валу двигателя, моменту M_ио и скорости V_ио исполнительного органа, и др. В замкнутой системе УУ формирует командные сигналы на СПУ в функции сигналов рассогласования, получаемые в результате сравнения задающих сигналов с сигналами соответствующих датчиков обратных связей. Учитывая изложенное, можно сказать: автоматизированным вентильным электроприводом называется электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления их технологическими процессами, состоящая из задающего, управляющего, силового преобразовательного, электродвигательного и механического передаточного устройств. В тех случаях, когда нет жестких требований к качеству управления движением исполнительных органов рабочей машины, используются более простые приводы, состоящие из силового выключателя и электродвигателя.