Классификация автоматизированных электроприводов

Электроприводы, используемые в различных технологических установках, разнообразны по схемному и конструктивному исполнению, что связано с большим разнообразием рабочих машин. Классификация электроприводов по отдельным признакам дана в таблице 1.

Таблица 1 Классификация автоматизированных электроприводов

Классификация по виду движения. Наибольшее, а до недавнего времени исключительное применение получили электроприводы вращательного движения. Однако в последнее время значительное внимание уделяется линейным двигателям. В тех механизмах, где рабочий орган совершает поступательное или возвратно-поступательное движение применение линейных двигателей конструктивно гораздо удобнее, чем использование специальных кинематических пар: винт-гайка, шарико-винтовые передачи, кривошипно-шатунный механизм и др. Из-за низких энергетических и массогабаритных показателей линейные электродвигатели не находили применения. Создание новых эффективных конструкций линейных двигателей с питанием их от полупроводниковых преобразователей частоты открывает новые возможности использования линейных электроприводов для ряда производственных машин, в первую очередь, для металлорежущих станков.

Многокоординатные электроприводы на основе специальных шаговых электродвигателей являются отечественной разработкой и находят применение в высокоточных робототехнических установках, сборочных автоматах и для других целей.

Под регулируемостью понимается возможность изменения или точного поддержания скорости, ускорения или момента (усилия) приводного электродвигателя.

Исторически сложилось, что большинство существующих электроприводов выполнено на базе короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, не допускающих в стандартной схеме их питания регулирования скорости или момента. Модификацией односкоростных асинхронных электродвигателей являются двух и трехскоростные двигатели. Электроприводы с многоскоростными двигателями дают возможность получать две или три фиксированные рабочие скорости, но не могут обеспечить плавного регулирования скорости в заданном диапазоне. К подобным по управляемости можно также отнести электроприводы с реостатно-контакторным управлением. Такие приводы не дают возможности регулировать момент и ускорение электропривода и формировать требуемый характер изменения скорости во времени. Поэтому электропривод с многоскоростными электродвигателями и с контакторным управлением не может рассматриваться как регулируемый.

Понятие регулируемый электропривод включает в себя следующее:

• — установка по заданию любой скорости в пределах заданного диапазона;
• — стабилизация установленного значения скорости с заданной точностью при возмущающих воздействиях, например, изменении нагрузки на валу двигателя;
• — регулирование момента, развиваемого двигателем в двигательном и тормозном режимах, и ускорения (замедления) привода;
• — формирование требуемого характера изменения скорости во времени с заданной точностью:

щ=f (t).

Современной тенденцией является все более широкое использование регулируемых электроприводов.

В зависимости от диапазона регулирования скорости, регулируемые электроприводы разделяются на:

• — регулируемые приводы с ограниченным диапазоном регулирования (не более 2:1);
• — регулируемые приводы общего назначения с диапазоном регулирования не выше 100:1;
• — широкорегулируемые электроприводы (диапазон регулирования скорости порядка 1000:1);
• — высокоточные электроприводы (диапазон регулирования 10 000:1);
• — прецизионные электроприводы (диапазон регулирования 30 000:1 и выше).

Как будет показано ниже, величина диапазона регулирования определяет точность регулирования и быстродействие электропривода. Классификация электроприводов по степени автоматизации включает в себя электроприводы с системами управления, различающимися по их функциональным возможностям и сложности. Наиболее простые системы с ручным управлением характерны для нерегулируемых электроприводов. Такие электроприводы имеют систему управления на основе релейно-контакторной аппаратуры, выполняющей функции пуска, останова, защиты и блокировки.

Электроприводы с полуавтоматическим управлением подразумевают управление электроприводом оператором с помощью командо-контроллера, кнопок управления и других аппаратов. Система управления содержит элементы автоматического управления и регулирования, обеспечивающие автоматическое изменение параметров электропривода (например, переключение ступеней сопротивления пускового реостата в функции тока или времени) в соответствии с командами оператора. Такие системы характерны, например, для электропривода грузоподъемных кранов.

Для регулируемого электропривода, как правило, используются замкнутые САР по току и скорости. В этом случае управление может осуществляться оператором, как это производится, например, машинистами экскаваторов, реверсивных прокатных станов и других машин. Задание на скорость может также определяться системой технологической автоматики (например, бумагоделательные машины, дозаторы и другие машины). Следующей разновидностью являются позиционные электроприводы, которые обеспечивают точную остановку рабочего органа механизма в заданном положении. Системы управления такими электроприводами содержат замкнутый контур положения, действующий постоянно или при входе рабочего органа в зону точной остановки.

Если задающее воздействие на параметры движения рабочего органа задается программными средствами, то такие электроприводы составляют класс электроприводов с числовым программным управлением (ЧПУ). Приводы с ЧПУ содержат замкнутые контуры регулирования по скорости и положению.

Если положение рабочего органа должно изменяться в соответствии с заданием, характер которого заранее неизвестен, то функцией электропривода в этом случае является слежение и отработка этого задания с необходимой точностью. Такой электропривод называется следящим.

Одним из определяющих вопросов при проектировании электромеханических комплексов является выбор системы автоматизированного электропривода. Прежде всего, нужно решить вопрос: следует ли применять регулируемый электропривод или можно обойтись более простым — нерегулируемым.

В последние годы регулируемый электропривод активно вытесняет нерегулируемый.

Технико-экономическими основаниями для применения регулируемого электропривода являются:

• — технологические требования, связанные с необходимостью регулирования момента, скорости и положения в ходе технологического процесса (например, металлорежущие станки, грузоподъемные краны и др.);
• — возможность оптимизации технологического процесса за счет регулирования электромеханических параметров (например, прокатные станы и др.);
• — повышение эффективности использования электроэнергии, ее экономия при использовании регулируемого электропривода (насосы, вентиляторы и другие машины);
• — автоматизация рабочих машин и технологических комплексов, которая в большинстве случаев невозможна без использования регулируемого электропривода;
• — обеспечение стабильности качества производимой продукции (при изменении параметров сырья, условий производства, износ инструмента, требующих адаптации технологического процесса для сохранения качества продукции);
• — создание гибких технологий, машинных комплексов и производств (т.е. комплекса машинного оборудования, который может перестраиваться на выпуск новой продукции без изменения самих рабочих машин).

Приведенный перечень показывает, что регулируемый электропривод является, особенно в перспективе, определяющим видом автоматизированного электропривода.

К настоящему времени определился круг систем регулируемого электропривода, которые получили наибольшее распространение и будут использоваться в ближайшие десятилетия:

• — короткозамкнутый асинхронный двигатель с питанием от полупроводникового преобразователя частоты — ПЧ-АД;
• — вентильный двигатель (бесщеточный двигатель постоянного тока с полупроводниковым коммутатором) на базе синхронной машины — ВД;
• — двигатель постоянного тока с питанием от тиристорного или транзисторного преобразователя — ТП-Д;
• — асинхронный вентильный каскад на базе асинхронного двигателя с фазным ротором и тиристорного преобразователяABK.

К числу перспективных электроприводов следует также отнести шаговые электроприводы и вентильно-индукторный электропривод.