Что такое ЭЛЕКТРОПРИВОД


Электроприводом называется электромеханическое устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую и обеспечивающее электрическое управление.

Электропривод включает в себя системы преобразования, передачи и распределения энергии и управление этими процессами.

Впервые в качестве электропривода в 1837 г. был использован двигатель постоянного тока для привода судна. В 1889 г. М.О.Доливо-Добровольским был разработан асинхронный двигатель, который был установлен в качестве привода в 1893г.

Первыми трудами по теории электропривода были книга проф. С.А. Ринкевича «Электрическое распределение механической энергии» (1925 г.) и проф. В.К. Попова «Применение электродвигателей в промышленности» (1932-1939 гг.)

Электропривод бывает индивидуальный, групповой и взаимосвязанный. В групповом электроприводе один электродвигатель приводит в движение группу механизмов – сложная кинематическая схема.

Индивидуальный – один двигатель, один рабочий орган (электродрель, электроточило и др.)

Взаимосвязанный - несколько двигателей, несколько механизмов (привод станков, промышленные роботы).

Основная функция электропривода – приводить в движение рабочий механизм и изменять его режим работы в соответствии с требованиями технологического процесса.

По характеру движения электроприводы подразделяются на вращательный (электродвигательным устройством является вращающийся двигатель) и линейный (электродвигательным устройством является линейный двигатель).

По принципу действия электродвигательного устройства: непрерывного действия, когда подвижные части находятся в состоянии непрерывного движения, и дискретного действия, когда подвижные части находятся в состоянии дискретного движения.

По направлению вращения – на реверсивный (когда вал двигателя может вращаться в противоположных направлениях) и нереверсивный (когда вал двигателя может вращаться только в одном направлении).

Выбор типа двигателя зависит от ряда факторов: характера окружающей среды (влажность, температура окружающего воздуха и т. д.); требований по конструктивному исполнению, охлаждению, креплению, требуемых механических и регулировочных характеристик, напряжения электрической сети и рода тока.

В соответствии с особенностями климата для электрооборудования определены следующие климатические исполнения:

У – для эксплуатации в зонах с умеренным климатом;

ХЛ – для холодного климата;

УХЛ – для умеренного и холодного климата;

ТВ – для влажного тропического климата;

ТС – для сухого тропического климата;

Т – адля сухого и влажного тропического климата;

0 – общеклиматическое исполнение.

Климатическое исполнение указывают в типовом обозначении электротехнического оборудования. Вместе с ним указывается категория помещения, в котором допускается его эксплуатация:

1 – исполнение оборудования, которое может эксплуатироваться на открытом воздухе;

2 – исполнение оборудования, которое может эксплуатироваться в закрытом помещении, температура и влажность в которых несущественно отличается от состояния окружающего воздуха;

3 – исполнение оборудования для помещений с естественной вентиляцией без искусственного климата;

4 – исполнение оборудования, которое может эксплуатироваться в отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых помещениях;

5 – исполнение оборудования для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью, где возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах и потолке.

По способу защиты от действия окружающей среды электродвигатели делятся на открытые, защищенные, в том числе брызгозащищенные и герметичные.

Важное значение для надежной работы электропривода имеет выбор конструкции двигателя. Для большинства производственных механизмов используются двигатели с горизонтальным расположением вала и лапами для его крепления к несущим конструкциям, а также с фланцевым креплением. Более совершенными являются встраиваемые двигатели, которые не имеют станины, подшипниковых щитов, а иногда и вала. Их монтируют в корпусах самих рабочих механизмов. Линейные двигатели применяются в механизмах с поступательным движением рабочего органа.

По конструктивному исполнению электрические машины имеют ряд высот оси вращения от 25 до 800 мм, стандартные длины валов: S (короткие), М (средние) и L (длинные), а также группы монтажных исполнений:

1 – машина на лапах с подшипниковыми щитами;

2 – машина на лапах с подшипниковыми щитами с фланцем на подшипниковом щите;

3 – машина без лап с подшипниковыми щитами с фланцем на подшипниковом щите;

4 – машина без лап с подшипниковыми щитами с фланцем на станине;

5 – машина без подшипниковых щитов (для установки в подшипники механизма);

6 – машина с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками;

7 – машина со стояковыми подшипниками без подшипниковых щитов;

8 – машина с вертикальным валом;

9 – машины специального назначения.

По исполнению концов вала машины подразделяются на:

1 – 0 – без конца вала;

2 – с одним цилиндрическим концом вала;

3 – с двумя цилиндрическими концами вала;

4 – с одним коническим концом вала;

5 – с одним фланцевым концом вала;

6 – с одним фланцевым концом вала;

7 – с двумя фланцевыми концами вала;

8 – с фланцевым концом вала со стороны привода и цилиндрическим на противоположной стороне;

9 – все прочие исполнения концов вала.

Между механическими свойствами электродвигателя и рабочего механизма должно быть определенное соответствие.

Механические характеристики рабочих механизмов могут быть объединены в три группы:

  1. момент на валу остается постоянным – подъем,
  2. степенная зависимость момента от частоты вращения – вентилятор, насос, компрессор,
  3. постоянство мощности на валу (Р – const) – токарный станок.

По виду связи с исполнительным органом рабочей машины электропривода подразделяются на редукторный, безредукторный, маховиковый и электрогидравлический.

Для удобства выбора электродвигателя момент рабочего органа приводят к моменту на валу электродвигателя.

Одним из основных факторов, определяющих выбор двигателя, является мощность и характер нагрузки.

Мощность на валу электродвигателя

Р = Р' + ΔР,

где Р' = Ppo/i – мощность, приведенная к валу двигателя,

i – передаточное число,

ΔР – мощность потерь в передаче.

С учетом КПД (η) передачи мощность на валу и момент определяются

P = Ppo / η; M = Mpo / η.

Номинальную угловую скорость Ω. электродвигателя выбирают в зависимости от известного передаточного числа редуктора ip и заданной угловой скорости Ωpo рабочего механизма Ω = Ωpoip.

Наилучшее значение соотношения номинальной угловой скорости двигателя и передаточного числа редуктора для данного механизма определяется путем сравнения нескольких технико-экономических показателей. Правильное определение этих параметров особенно важно для приводов, работающих в режимах частых пусков и торможений, так как это влияет на производительность механизма и потери энергии. Различают два режима работы электропривода: установившийся (статический) и переходный (динамический).

Наиболее надежным в системе электропривода является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором более громоздкий, дорогой, сложнее в управлении. Используется в режимах с частыми пусками и остановками, например в подъемно-транспортных механизмах.

Синхронные двигатели используются с механизмами, требующими постоянного момента – компрессоры, насосы, вентиляторы.

Двигатели постоянного тока – частые пуски и остановы, глубокое регулирование скорости вращения.

В качестве примера приведена схема модификации выпускаемых асинхронных двигателей основного исполнения:

При выборе мощности двигателя исходят из того, что нагрузка на его валу изменяется во времени.

Для определении нагрузки в этих случаях строятся нагрузочные диаграммы – зависимости развиваемых двигателем момента и мощности от времени M(t) и P(t).

В случае завышения номинальной мощности двигателя снижаются КПД и коэффициент мощности, что приводит к росту тока в обмотках, к перегреву двигателя и снижению срока его службы.

Продолжительный режим работы двигателя характеризуется такой длительностью, при которой его температура достигает своего установившегося значения. В таком режиме работают, например, приводы вентиляторов, насосов, преобразовательных установок.

В повторно-кратковременном режиме двигатель за время работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы между включениями не успевает остыть до температуры окружающей среды. Такой режим работы характерен, например, для электроприводов подъемных кранов, лебедок, лифтов, циклических конвейеров и т.п. Время цикла при повторно-кратковременном режиме не должно превышать 10 мин. На это время рассчитывается тепловой режим двигателя при его конструировании.

При кратковременном режиме работы двигатель не успевает в рабочий период нагреться до установившейся температуры, а пауза столь длительна, что температура снижается до температуры окружающей среды. Такой режим работы характерен, например, для приводов шлюзов, вспомогательных механизмов электротермических установок, зажимов колонн металлорежущих станков и др.

В продолжительном режиме двигатель работает либо с неизменной нагрузкой, либо с изменяющейся во времени нагрузкой. При постоянной нагрузке на валу, номинальная мощность Рн двигателя должна быть выбрана равной мощности Рc нагрузки. В этом случае по каталогу выбирается двигатель, удовлетворяющий условию Рн > Рc

Если при продолжительном режиме работы нагрузка на валу двигателя изменяется, то для выбора мощности но нагреву используют методы средних потерь за цикл или эквивалентных величин: тока, момента и мощности.

Метод средних потерь заключается в нахождении ΔРср при заданном графике нагрузки и сравнении их с номинальными потерями ΔРн, на которые рассчитан двигатель при длительной работе.

Метод является поверочным, поскольку до выбора мощности двигателя его номинальные потери неизвестны и поэтому принимают ориентировочно мощность двигателя обычно на 10-30% больше мощности за цикл.

На практике для определения мощности двигателя пользуются нагрузочными диаграммами, представляющими собой зависимости момента или мощности от времени. Значение эквивалентной (среднеквадратичной) мощности двигателя определяют по формуле:

,

где п – число участков с различными значениями мощности Рi за цикл работы двигателя.

Условием правильного выбора мощности двигателя в этом случае будет РэРн

Метод эквивалентной мощности применяют для двигателей постоянного тока независимого возбуждения и асинхронных двигателей, работающих при неизменной угловой скорости с редкими пусками и остановами.

Повторно-кратковременный режим (ПВ) работы двигателя характеризуется продолжительностью включения. ПВ = (Σ/ Tц)100.

Для работы в повторно-кратковременном режиме выпускают специальные двигатели, рассчитанные на стандартные значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60%, на которые и следует ориентироваться при выборе двигателя по мощности для такого режима.

Если нагрузка за цикл не меняется, но ПВПВст, это означает, что двигатель выбран по мощности правильно: средняя мощность потерь за цикл при ПВ не превышает среднюю мощность потерь за тот же цикл при Рн.

Условие выбора двигателя при этом принимает вид .

Проверка предварительно выбранного двигателя по мощности проводится по формуле .

Если при работе электропривода наблюдаются резкие колебания нагрузки, то следует проверить перегрузочную способность электродвигателя. Она определяется отношением максимального значения электромагнитного момента (критического) Мmax к номинальному Мн моменту: Мmax / Мн,

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором она составляет – 1,7-2,5; для двигателя с фазовым ротором, синхронного и двигателя постоянного тока 2,0-2,5.

В настоящее время широкое распространение получил регулируемый электропривод выпускаемый комплектно, т.е. электродвигатель совместно с преобразователем.

Преобразовательные устройства на базе полупроводниковой техники служат для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное и наоборот, а также переменного напряжения (тока) одной частоты в переменное напряжение (ток) другой частоты. В преобразовательных устройствах используются средства, осуществляющие фильтрацию и стабилизацию тока и напряжения. Основными характеристиками являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.

По принципу действия статические преобразователи разделяются на:

· преобразователи с непосредственным преобразованием частоты;

· преобразователи частоты со звеном постоянного тока.

Наибольшее распространение в электроприводах нашли статические преобразователи со звеном постоянного тока, которые выгодно отличаются тем, что обеспечивают больший диапазон регулирования и могут регулировать частоту как вверх, так и вниз. На сегодняшний день существует и широко применяется достаточно большое количество схемотехнических решений статических преобразователей частоты со звеном постоянного тока, которые отличаются и схемами, и элементной базой.

Статический преобразователь со звеном постоянного тока состоит из двух основных устройств:

· управляемого выпрямителя – УВ;

· автономного инвертора напряжения – АИН.

· Кроме того статический преобразователь содержит систему управления, состоящую из:

· блока управления выпрямителя – БУВ;

· блока управления инвертором – БУИ;

· блока задания скорости – БЗС.

Работа статического преобразователя осуществляется следующим образом. На вход управляемого выпрямителя поступает трехфазное переменное напряжение промышленной частоты. На выходе выпрямителя формируется постоянное напряжение, величина которого может плавно регулироваться с помощью БУВ. Это напряжение поступает на вход автономного инвертора напряжения. Последний, за счет определенного алгоритма переключения полупроводниковых ключей, входящих в его состав, формирует на выходе трехфазное переменное напряжение, частота которого может плавно регулироваться с помощью БУИ. Блок задания скорости БЗС, воздействуя на блоки управления выпрямителя и инвертора, обеспечивает требуемое соотношение между действующим значением напряжения и его частотой.

В основу анализа электромагнитных процессов в преобразователях положены методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей.



Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 4229;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.018 сек.