Структура электропривода. Выбор мощности электропривода.

ВВЕДЕНИЕ

Электропривод - это управляемая электромеханическая система. Её основное назначение - преобразовывать электрическую энергию в механическую и управлять этим процессом. Электропривод нашел свое применение практически во всех технологических процессах на железнодорожных предприятиях. Знать особенности и принципы построения электроприводов различных типов, законы управления ими, а также уметь выбрать электропривод для нужд конкретной установки необходимо каждому инженеру.

Структура электропривода. Выбор мощности электропривода.

Согласно ГОСТ Р 50369-92 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.

Преобразователь электрической энергии - электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и/или показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и/или показателей качества.

Электродвигатель – электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую.

Механическая передача электропривода – механический преобразователь, предназначенный для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения.

Управляющее устройство электропривода - устройство, предназначенное для формирования управляющих воздействий в электроприводе.

Информационное устройство электропривода - устройство, предназначенное для получения, преобразования, хранения, распределения и выдачи информации о переменных электропривода, технологического процесса и сопредельных систем для использования в системе управления электропривода и внешних информационных системах.

Устройство сопряжения электропривода – совокупность электрических и механических элементов, обеспечивающих взаимодействие электропривода с сопредельными системами и отдельных частей электропривода.

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.

Система управления электроприводом - внешняя по отношению к электроприводу система управления более высокого уровня, поставляющая необходимую для функционирования электропривода информацию.

В общем виде структуру электропривода можно представить в виде рис.1

Рис.1. Структура электропривода.

ИП – источник питания, ПЭЭ – преобразователь электрической энергии, ЭМП – электромеханический преобразователь, МП – механическое преобразующее устройство (механическая передача), ИО – исполнительный орган рабочего механизма, ИУ – информационное устройство, СУ ЭП – система управления электропривода

Типы электроприводов

Согласно ГОСТ Р 50369-92 принята классификация электроприводов:

- по функциональному назначению – электроприводы вращательного движения, электроприводы поступательного движения, электроприводы вращательно-поступательного (вибрационного) движения, электроприводы непрерывного движения, электроприводы дискретного движения и т.д.;

- по физическим принципам преобразования электрической энергии – электромашинный привод, электромагнитный привод, электростатический привод, пьезоэлектрический привод;

- по структуре – электропривод с разомкнутой (замкнутой) системой управления, электрический вал, редукторный (безредукторный) электропривод, маховичный электропривод, дифференциальный электропривод и т.д.;

- по технической реализации – электропривод постоянного (переменного) тока, взрывозащищенное электрооборудование, электропривод с вентильным двигателем, система «генератор-двигатель» («статический преобразователь-двигатель») и т.д.

Уравнение движения

Уравнение движения используется при расчете механических переходных процессов и обычно записывается в форме Коши

.

Моменты сопротивления делят на:

– реактивные – моменты от сжатия, резания и т.д., препятствующие движению исполнительного органа (меняют знак при изменении направления движения);

– активные (потенциальные) – моменты от сил тяжести, растяжения и сжатия. Названы потенциальными, поскольку связаны с изменением потенциальной энергии электропривода. Не меняют знак при изменении вращения.

Вращающий момент считается положительным, если его направление совпадает с направлением движения привода, в противном случае, он считается отрицательным.

Исходя из возможных режимов работы электропривода, уравнение движения в общем виде выглядит следующим образом

.

Асинхронный электропривод.

Закон М.П. Костенко

В ряде случаев не требуется поддерживать мгновенное значение момента, равное критическому. В этом случае пользуются соотношением M_j/M_к=const и пользуются следующей формулой (закон М.П. Костенко)

,

где M_c^*=M_c/M_н – относительное значение статического момента при данной частоте вращения.

При использовании закона М.П. Костенко для M_c^*=1 при превышении значения f^*=1 дальше меняется только частота при постоянном значении U^* =1, поскольку невозможно превысить значение напряжения источника питания. В этом случае электропривод работает в режиме постоянства мощности и получают механические характеристики, показанные на рис.17

Рис.17 Механические характеристики асинхронного двигателя

Синхронный электропривод

Реостатное регулирование

Это самый простой и самый неблагоприятный способ регулирования скорости и (или) момента. В якорную цепь последовательно, если питание осуществляется от источника напряжения (рис. 35,а), включаются дополнительные резисторы.

а) б)

Рис. 35. Схема (а) и характеристики (б) при реостатном регулировании двигателя независимого возбуждения

Скорость идеального холостого хода при включении R_д не изменится, а наклон характеристик будет увеличиваться пропорционально R = R_я+R_д.

Соотношение позволяет легко решать прямую задачу - построить характеристики, если задано R, и обратную - найти R и R_д для заданной характеристики. Так, на рис. 35,б

, , ,

.

В электроприводе с двигателем последовательного возбуждения при U=U_н (рис. 36,а) и известной естественной характеристике

можно использовать уравнение искусственных характеристик при реостатном регулировании

а) б)

Рис. 36. Схема (а) и характеристики (б) при реостатном регулировании двигателя последовательного возбуждения

Механическая характеристика может быть построена по известной зависимости М(I). Примерный вид механических характеристик при реостатном регулировании показан на рис. 36б.

ВВЕДЕНИЕ

Электропривод - это управляемая электромеханическая система. Её основное назначение - преобразовывать электрическую энергию в механическую и управлять этим процессом. Электропривод нашел свое применение практически во всех технологических процессах на железнодорожных предприятиях. Знать особенности и принципы построения электроприводов различных типов, законы управления ими, а также уметь выбрать электропривод для нужд конкретной установки необходимо каждому инженеру.

Структура электропривода. Выбор мощности электропривода.

Согласно ГОСТ Р 50369-92 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.

Преобразователь электрической энергии - электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и/или показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и/или показателей качества.

Электродвигатель – электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую.

Механическая передача электропривода – механический преобразователь, предназначенный для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения.

Управляющее устройство электропривода - устройство, предназначенное для формирования управляющих воздействий в электроприводе.

Информационное устройство электропривода - устройство, предназначенное для получения, преобразования, хранения, распределения и выдачи информации о переменных электропривода, технологического процесса и сопредельных систем для использования в системе управления электропривода и внешних информационных системах.

Устройство сопряжения электропривода – совокупность электрических и механических элементов, обеспечивающих взаимодействие электропривода с сопредельными системами и отдельных частей электропривода.

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.

Система управления электроприводом - внешняя по отношению к электроприводу система управления более высокого уровня, поставляющая необходимую для функционирования электропривода информацию.

В общем виде структуру электропривода можно представить в виде рис.1

Рис.1. Структура электропривода.

ИП – источник питания, ПЭЭ – преобразователь электрической энергии, ЭМП – электромеханический преобразователь, МП – механическое преобразующее устройство (механическая передача), ИО – исполнительный орган рабочего механизма, ИУ – информационное устройство, СУ ЭП – система управления электропривода