67517

Электропривод как система. Классификация электроприводов. Общие требования к электроприводу. Состав электропривода и назначение его элементов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Электрический привод совокупность электродвигательного устройства ЭД передаточного устройства ПУ управляющего устройства УУ усилительно-преобразовательного устройства УПУ и информационного устройства ИУ см. Функциональная схема электропривода Информационное устройство ИУ содержит датчики сигналов.

Русский

2014-09-11

94.5 KB

56 чел.

ЛЕКЦИЯ 1

Электропривод как система. Классификация электроприводов.

Общие требования к электроприводу

Состав электропривода и назначение его элементов

Электрический привод – совокупность электродвигательного устройства (ЭД), передаточного устройства (ПУ), управляющего устройства (УУ), усилительно-преобразовательного устройства (УПУ) и информационного устройства (ИУ) (см. рис.1.1). Он предназначен для вращения или перемещения исполнительного механизма (ИМ) (объекта управления (ОУ)) по определенному закону с помощью электрической энергии, поступающей из сети.

Рис. 1.1. Функциональная схема электропривода

Информационное устройство ИУ содержит датчики сигналов. Датчик – устройство, преобразующее ту или иную физическую величину в электрический сигнал, удобный для применения или преобразования. Наиболее часто используются сигналы, пропорциональные углу поворота ИМ α, частоте вращения ω  и току обмотки электродвигателя i . Управляющее устройство УУ сравнивает эти сигналы с входными воздействиями α0 , ω0, пропорциональными требуемым значениям угла и частоты вращения, и выдает управляющий сигнал  uу. 

УПУ  усиливает  слабый сигнал uу  по току и по напряжению (т.е. по мощ-

ности) и может изменять форму и вид напряжения. Например, выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Инвертор напряжения (статический преобразователь) преобразует постоянное напряжение в переменное.

Отметим, что в общем случае могут быть различные сочетания между сигналом uу, напряжением сети uс и напряжением двигателя u. Например, сигнал uу может быть цифровой, сеть – однофазного переменного тока, а электродвигатель – шаговый, требующий импульсного питания. Можно сказать, что на УПУ сливаются информационный и энергетический потоки. Информационный сигнал  uу  регулирует поток энергии от сети к электродвигателю.

Все элементы электрического привода можно условно разделить на силовые и информационные. Информационное устройство ИУ и управляющее устройство УУ служат для получения и преобразования информации. Мощность этих устройств мала и составляет доли ватта или несколько ватт. Усилительно-преобразовательное устройство УПУ, электродвигатель ЭД, передаточное устройство ПУ и исполнительный механизм ИМ образуют силовую часть привода, где главным является преобразование и передача энергии.

ЭД преобразует электрическую энергию (напряжение u, ток i) в механическую энергию (частота вращения ωд , момент Мд). Обычно используются электродвигатели вращательного движения, но иногда применяются двигатели поступательного движения – линейные двигатели, электромагниты.

Передаточное устройство ПУ передает механическую энергию от ЭД к ИМ, если они удалены в пространстве, изменяет характер движения (вращательное – поступательное или наоборот) и согласует механические характеристики ЭД  ωд(Мд)  и объекта управления ОУ ω(М). Например, редуктор уменьшает скорость вращения и увеличивает момент, а мультипликатор увеличивает частоту вращения и уменьшает момент.

В результате исполнительный механизм перемещается или вращается по закону, близкому к задающему воздействию. Обычно требуется выполнение равенства

α = α0  или   ω = ω0.

Классификация электроприводов

В зависимости от формы напряжения питающей сети различают электроприводы постоянного тока и переменного тока. Другая классификация за основу принимает тип исполнительного двигателя. Различают электроприводы постоянного тока, асинхронные приводы, синхронные приводы, шаговые приводы (с дискретным движением) и электромагнитные приводы. Электропривод без редуктора с электродвигателем, момент которого пропорционален питающему напряжению, называется моментным.

Если электропривод имеет синхронный двигатель, дискретный датчик положения ротора и ключевой усилитель, говорят о бесконтактном двигателе постоянного тока (БДПТ). Если используется непрерывный датчик угла (сельсин или синусно-косинусный вращающийся трансформатор), а также пропорциональный усилитель мощности (непрерывный или с широтно-импульсной модуляцией), имеем вентильный электропривод (привод с ВД).

Если датчики сигналов отсутствуют и нет обратной связи ИУ – УУ, то электропривод называется разомкнутым, в противном случае – замкнутым или автоматизированным.

Если в автоматизированном электроприводе задающий сигнал остается постоянным достаточно длительное время, говорят о регулируемом приводе. Если закон изменения угла α0(t)  или частоты вращения ω0(t)  известен заранее, имеем электропривод программного движения. В случае, когда α0(t) или ω0(t)   представляют собой случайные процессы, электропривод является следящим.

Если заданы начальное и конечное состояния электропривода, а закон промежуточного движения может быть произвольным, говорят о приводе для отработки больших рассогласований. Такое движение характерно для роботов и манипуляторов. Наконец, если объект управления должен совершать  периодическое  движение,  при котором  просматривается одномерная или двумерная область, имеем сканирующий электропривод.

По функциональному назначению электроприводы делят на главные и вспомогательные. Главный привод обеспечивает движение исполнительного (рабочего) органа (РО), т.е. основную операцию технологического процесса. Вспомогательный привод обеспечивает движение вспомогательных органов машины. Например, на токарном станке главный привод обеспечивает вращательное движение обрабатываемой заготовки, а вспомогательный – поступательное движение резца вдоль детали (продольная подача). Такие приводы называют приводами подач.

По способу разделения энергии электроприводы делят на:

1) групповые с разветвленной сетью ПУ от одного двигателя, через которую движение передается нескольким рабочим машинам (РМ)  или нескольким РО одной РМ.

2) индивидуальные, обеспечивающие движение только одного исполнительного органа РМ. Если каждый РО приводится в движение одним ЭД, то индивидуальный электропривод называется однодвигательным (одиночным). Многодвигательный индивидуальный электропривод характеризуется тем, что несколько ЭД, механически связанных между собой, совместно работают на общий вал одной машины или ее РО;

3) взаимосвязанные, обеспечивающие для нескольких связанных между собой (электрически или механически) электроприводов заданный закон управления технологическим процессом. К взаимосвязанному электроприводу можно отнести систему синхронизации вращения нескольких ЭД, в которой используется специальная схема электрической связи, называемая электрическим валом.

По характеру движения электродвигателя бывают электроприводы вращательного и поступательного движения.

По характеру движения различают электроприводы непрерывного и дискретного действия (с шаговыми двигателями).

По направлению вращения различают электроприводы реверсивные, обеспечивающие движение в двух направлениях, и нереверсивные (однонаправленные) соответственно.

По способу управления можно выделить ЭП с ручным управлением, когда все управление совершает оператор, с автоматизированным управлением, когда оператор управляет лишь частью процесса, и автоматическим управлением, которое происходит без участия человека.

Различают также электроприводы с местным и дистанционным управлением, по радио или по каналам проводной связи.

 Общие требования к электроприводу 

Сформулируем общие требования к электроприводу как к системе, ответственной за управляемое электромеханическое преобразование энергии.

Прежде всего, это надежность. Электропривод обязан выполнять заданные функции в оговоренных условиях в течение определенного времени.

Второй показатель, точность, относится к главной функции электропривода – осуществлять управляемое движение с малой статической и динамической погрешностью.

Третий показатель – быстродействие, т. е. способность системы достаточно быстро реагировать на входные воздействия, малое время переходного процесса,

Четвертый показатель – качество динамических процессов, т. е. обеспечение определенных закономерностей их протекания во времени. Это плавность движения, быстрое затухание колебаний

Пятый показатель – энергетическая эффективность. Поскольку любой процесс передачи и преобразования энергии сопровождается ее потерями, важно, какова удельная доля этих потерь. Коэффициент полезного действия ЭП должен быть высоким.

Шестой показатель – совместимость электропривода с системой электроснабжения и информационной системой более высокого уровня. В состав электропривода входят полупроводниковые преобразователи, генерирующие высшие гармоники тока, которые снижают качественные показатели электроэнергии в сети.

В качестве седьмого показателя выступает ресурсоемкость, т. е. материалоемкость  и  энергоемкость, заложенные  в  конструкцию и технологию производства,  трудоемкость  при  изготовлении,  монтаже,  наладке, эксплуатации,

ремонте.

Важные для практики показатели: комплектность, заводская готовность,  эргономические, дизайнерские характеристики, удобство и эффективность эксплуатации, ремонтопригодность, социальные свойства.

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте состав и назначение электрического привода.

2. Объясните назначение основных частей электропривода.

3. Приведите примеры усилительно-преобразовательных устройств.

4. Перечислите возможные функции передаточного устройства.

5. Дайте классификацию электроприводов по тину двигателя и по форме напряжения в сети.

6. Приведите примеры датчиков, используемых в электроприводах.

7. Дайте определения групповым, индивидуальным и  взаимосвязанным электроприводам.

8. Перечислите основные показатели, входящие в требования к электроприводу.

ω0

α0

uу

ωд

α,ω

α, ω, i

i

u

МД

М

ИУ

(ОУ)

ИМ

ПУ

ЭД

УПУ

УУ

Сеть


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19099. Цифровая обработка сигналов в частотной области. Быстрое преобразование Фурье 316.5 KB
  Лекция № 12. Цифровая обработка сигналов в частотной области. Быстрое преобразование Фурье. Нахождение спектральных составляющих дискретного комплексного сигнала непосредственно по формуле ДПФ требует комплексных умножений и комплексных сложений. Так как колич...
19100. Некоторые специальные возможност и Excel 467.55 KB
  После этого появится новое окно, где нужно ввести значения для указанных ячеек. Описанную операцию нужно повторить несколько раз для создания нескольких. Для того, чтобы заполнить ячейки значениями из конкретного сценария
19101. Устойчивость дискретных систем 199 KB
  Лекция № 13. Устойчивость дискретных систем. Линейная дискретная система с постоянными параметрами стационарный фильтр называется устойчивой если при любых начальных условиях и любом ограниченном входном сигнале выходной сигнал также остается ограниченным то е...
19102. Реализация алгоритмов цифровой фильтрации 281 KB
  Лекция № 14. Реализация алгоритмов цифровой фильтрации. Графическим представлением алгоритмов цифровой фильтрации являются структурные схемы. Структурную схему дискретной системы можно составить либо по разностному уравнению либо с помощью системной передаточн...
19103. Проектирование (синтез) линейных цифровых фильтров 144 KB
  Лекция № 15. Проектирование синтез линейных цифровых фильтров. Под проектированием синтезом цифрового фильтра понимают выбор таких коэффициентов системной передаточной функции при которых характеристики получающегося фильтра удовлетворяют заданным требовани...
19104. Проектирование фильтров с импульсной характеристикой бесконечной длины 174 KB
  Лекция № 16. Проектирование фильтров с импульсной характеристикой бесконечной длины. Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой БИХфильтры коренным образом отличаются от КИХфильтров изза наличия обратной связи. Во первых они требуют проверки на устойчив
19105. Основные определения информационной теории измерений 115 KB
  Лекция №1. Введение. Основные определения информационной теории измерений. Цели и задачи курса: данный курс предназначен для освоения базовых понятий теории измерений и базовых принципов построения средств измерения физических величин. Курс знакомит с общими вопр...
19106. Структуры измерительных систем и их характеристики 225 KB
  Лекция № 2. Структуры измерительных систем и их характеристики. Для описания измерительных систем применяются структурные схемы состоящие из функциональных элементов функциональных блоков ФБ измерительных преобразователей ИП связанных между собой входными и вых
19107. Математические модели сигналов 288.5 KB
  Лекция № 3. Математические модели сигналов. Сигнал – процесс изменения во времени физического состояния какогото объекта служащий для отображения регистрации и передачи сообщений. Сигналы – электрические акустические оптические и т.д. Классификация сигналов. Сиг...