Краткая классификация электроприводов

По характеру движения – непрерывные или дискретные, однонаправленные или двунаправленные (реверсивные); вращательного или поступательного движения; вибрационные, реализующие возвратно – поступательное движение.

По роду исполнительного двигателя — постоянного, переменного тока, шаговые, вентильные, вентильно – индукторные;

По типу силового преобразователя:

- для ЭП постоянного тока - с управляемым выпрямителем или с широтно-импульсным преобразователем постоянного тока; с электромашинным усилителем; с магнитным усилителем;

- для ЭП переменного тока – с полупроводниковым преобразователем частоты (со звеном постоянного тока или без звена постоянного тока);

- для шагового ЭП - с полупроводниковым коммутатором;

- для ЭП, выполненного на основе вентильного двигателя - с полупроводниковым преобразователем частоты (со звеном постоянного тока или без звена постоянного тока);

- для ЭП, выполненного на основе вентильно - индукторного двигателя - с полупроводниковым коммутатором.

По типу передаточного устройства - с цилиндрическими, червячными и планетарными редукторами; с пе­редачами типа винт - гайка; с цепными и ременными передачами; с гидравлическими и электромагнитными муфтами.

По числу используемых двигателей - групповые, инди­видуальные и взаимосвязанные ЭП.

Групповой ЭПхарактеризует­ся тем, что один его двигатель приводит в движение несколько ис­полнительных органов одной машины или один исполнительный орган нескольких рабочих машин. Индивидуальный ЭП обеспечи­вает движение одного исполнительного органа рабочей машины. Взаимосвязанный ЭП представляет собой два или несколько элект­рически или механически связанных между собой индивидуальных ЭП, работающих совместно на один или несколько исполнитель­ных органов. При этом если двигатели связаны между собой меха­нически и работают на общий вал, ЭП называется многодвигатель­ным, а если двигатели связаны электрическими цепями, ЭП назы­вается электрическим валом.

Кроме этого электроприводы делятся на неавтоматизированные и автоматизирован­ные.

Неавтоматизированные – это такие ЭП, управление которыми осуществляет непосредственно человек (оператор). Он осуществляет пуск и остановку ЭП, изменение скорости и реверсирование в соот­ветствии с заданным технологическим циклом. Для повышения эффективности и безопасности управления исполнительным органом рабочей машины ЭП снабжен необходимыми элементами защиты, блокировок и сигнализации.

В автоматизированном ЭП операции управления в соответствии с требованиями технологического процесса выполняются системой управления (см. рис. 1). На оператора возлагаются функции вклю­чения и отключения ЭП, наладка и контроль его работы (отметим, что при работе ЭП в общем комплексе автоматизированного про­изводства внешние команды поступают от управляющих устройств более высокого уровня, например АСУ производством). Очевид­но, что автоматизированный ЭП является более эффективным и эко­номически целесообразным, он позволяет освободить человека от утомительного и однообразного труда, повысить производитель­ность рабочих машин и механизмов, а также качество выполняе­мых ими технологических процессов и операций. Именно по этой причине в теории ЭП и в настоящем учебном пособии основное внимание уделяется рассмотрению автоматизированных ЭП.

В свою очередь все автоматизированные ЭП подразделяются на разомкнутые и замкнутые.

Разомкнутый ЭП не использует обратной связи при формирования сигнала задания на регулируемый параметр (координату) ЭП. В результате при действии на ЭП различных возмущений (например, влияния момента нагрузки на скорость вращения) сигнал на входе системы управления остается неизменным, а установившиеся отклонения регулируемой координаты от предписанного сигналом управления значения будет завесить от статических характеристик энергетической части ЭП - от внешней характеристики полупроводникового преобразователя и от механической характеристики электродвигателя. Однако разомкнутый ЭП, как правило, содержит датчики информации, сигналы от которых применяют для реализации системы защиты и диагностики.

Разомкнутые ЭП не может обеспечить высокого каче­ства регулирования координат ЭП, хотя и отличаются простой схемой. Обычно разомкнутые ЭП применяются для обеспечения пуска, торможения или реверса двигателей.

Замкнутый ЭП, как и любая система автоматического регулиро­вания, может быть реализован либо по принципу отклонения с ис­пользованием обратных связей, либо по принципу компенсации вне­шнего возмущения. Основным отличительным признаком замкну­того ЭП является полное или частичное устранение влияния внеш­него возмущения на регулируемую координату, что способствует поддержанию постоянства этой координаты на заданном уровне при воздействии на ЭП возможных возмущений. В силу этого обстоятельства замкнутые ЭП обеспечивают более качественное управление дви­жением исполнительных органов, хотя их схемы оказываются бо­лее сложными.

Для реализации принципа компенсации возмущающего воздей­ствия дополнительный сигнал, пропорциональный возмущению, подается на вход ЭП вместе с сигналом задания. В результате сум­марный сигнал обеспечивает такое управление ЭП, при котором осуществляется компенсация внешнего воздействия и устранение тем самым его влияния на регулируемую координату. Несмотря на все достоинства, этот способ не нашел широкого применения в ЭП из-за сложности реализации датчиков возмущающих воздействий, в частности момента нагрузки М_с.

Особенностью ЭП, построенного по принципу отклонения, яв­ляется наличие цепи обратной связи (ОС) по регулируемой координате. Информация о регулируемой координате подается на вход ЭП в виде сигнала обратной связи, который сравнивается с задающим сигналом, и полученный резуль­тирующий сигнал (его называют сигналом рассогласования, откло­нения или ошибки) является управляющим сигналом для ЭП. Если под влиянием возмущающего воздействия начинает изменяться ре­гулируемая координата, то за счет выбора направления и силы воз­действия обратной связи произойдет соответствующее изменение режима работы ЭП и полное или частичное восстановление ее уров­ня, т. е. в таких системах регулирование ведется с учетом результа­та регулирования.

В замкнутых ЭП применяются все возможные виды обратных связей – положительные и отрицательные, линейные и нелинейные, жесткие и гибкие, а также реализуемые по виду регулируемой ко­ординаты – скорости, току, положению и др. В замкнутых ЭП мо­гут использоваться несколько обратных связей по числу регулиру­емых координат. ЭП с обратными связями являются в настоящее время самыми распространенными системами, поскольку позволя­ют качественно и технически просто обеспечивать всю совокупность выполняемых ими функций. В некоторых случаях при очень высо­ких или специфических требованиях к качеству управления дви­жением исполнительных органов создаются замкнутые комбини­рованные ЭП, в которых используются оба принципа управления.

Кроме этого, замкнутые ЭП подразделяются на два больших класса – регулируемые и следящие.

Регулируемые ЭП выполняют следующие функции:

- установка требуемого значения скорости вращения в пределах заданного диапазона;

- стабилизация установленного значения скорости вращения с заданной точностью при возмущающих воздействиях, например, изменении момента нагрузки ЭП;

- регулирование момента, развиваемого ЭП в двигательном и тормозном режимах, ускорении (замедлении) ЭП;

- формирование требуемого характера изменения скорости во времени Ω=f(t) с заданной точностью.

Регулируемые электроприводыклассифицируются:

— по назначению — главного движения подач, вспомогательные (для станков с числовым программным управлением ЧПУ) и т.п.;

— по способу регулирования — с постоянным моментом, постоянной мощностью, двухзонные;

— по структуре системы автоматического регулирования — одноконтурные и многоконтурные;

— по способу управления — аналоговые (с аналоговым задатчиком и аналоговым датчиком ОС), цифро-аналоговые (с цифровым задатчиком, цифровым датчиком ОС и аналоговыми регуляторами), цифровые (с цифровыми задатчиками, датчиками ОС и цифровым формированием закона управления скоростью двигателя) [1].

Следящие ЭП – это замкнутые системы, в которых выходной (регулируемой) величиной у является угол поворота либо скорость вала исполнительного органа рабочей машины (или соответствующий параметр линейного перемещения исполнительного органа). Отличительная особенность следящих ЭП заключается в том, что значение входной (задающей) величины g, т.е. требуемое значение у, может изменяться во времени неизвестным заранее образом. Задача следящей системы – обеспечить с заданной точностью воспроизведение (отработку) любых законов движения, задаваемых командным устройством.

Следящие системы широко применяют в различных областях техники, например, в роботах, копировальных станках, радиолокационных установках и т.д.

При классификации следящих приводов по виду зависимости ошибки слежения от характера движения привода они подразделяются на две большие группы:

-следящие приводы, выполненные по позиционной схеме (позиционные следящие ЭП);