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:
- момент на валу остается постоянным – подъем,
- степенная зависимость момента от частоты вращения – вентилятор, насос, компрессор,
- 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 Рэ ≤ Рн
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 = (Σtр / 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 ПВ ≠ ПВст, 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;