Электропривод

Электропривод, электрический привод, совокупность устройств для преобразования электрической энергии в механическую и регулирования потока преобразованной энергии по определённому закону. Э. является наиболее распространённым типом привода.

Историческая справка. Создание первого Э. относится к 1838, когда в России Б. С. Якоби произвел испытания электродвигателя постоянного тока с питанием от аккумуляторной батареи, который был использован для привода гребного винта судна. Однако внедрение Э в промышленность сдерживалось отсутствием надежных источников электроэнергии. Даже после создания в 1870 промышленного электромашинного генератора постоянного тока работы по внедрению Э. имели лишь частное значение и не играли заметной практической роли. Начало широкого промышленного применения Э связано с открытием явления вращающегося магнитного поля и созданием трехфазного асинхронного электродвигателя, сконструированного М. О. Доливо-Добровольским. В 90-х гг. широкое распространение на промышленных предприятиях получил Э., в котором использовался асинхронный электродвигатель с фазным ротором для сообщения движения исполнительным органам рабочих машин. В 1890 суммарная мощность электродвигателей по отношению к мощности двигателей всех типов, применяемых в промышленности, составила 5%, уже в 1927 этот показатель достиг 75%, а в 1976 приближался к 100%. Значительная доля принадлежит Э., используемому на транспорте.

Основные типы Э. По конструктивному признаку можно выделить три основных типа Э.: одиночный, групповой и многодвигательный. Одиночный Э. применяют в ручных машинах, простых металлообрабатывающих и древообрабатывающих станках и приборах бытовой техники. Групповой, или трансмиссионный, Э. в современном производстве практически не применяется. Многодвигательные Э. — приводы многооперационных металлорежущих станков, мономоторный тяговый Э. рельсовых транспортных средств. Кроме того, различают Э. реверсивные и нереверсивные (см. Реверсивный электропривод), а по возможности управления потоком преобразованной механической энергии — нерегулируемые и регулируемые (в том числе автоматизированный с программным управлением и др.)

Основные части Э. Э. всех типов содержат основные части, имеющие одинаковое назначение: исполнительную и устройства управления.

Исполнительная часть Э. состоит обычно из одного или нескольких электродвигателей (см. Двигатель электрический) и передаточного механизма — устройства для передачи механической энергии двигателя рабочему органу приводимой машины. В нерегулируемых Э. чаще всего используют электродвигатели переменного тока, подключаемые к источнику питания либо через контактор или автоматический выключатель, играющий роль защитного устройства, либо при помощи штепсельного разъёма (например, в бытовых электроприборах). Частота вращения ротора электродвигателя такого привода, а следовательно, и скорость перемещения связанного с ним рабочего механизма, изменяется только в зависимости от нагрузки исполнительного механизма. В мощных нерегулируемых Э. применяют асинхронные электродвигатели. Для ограничения пусковых токов между двигателем и источником устанавливают пусковые реакторы или автотрансформаторы, которые после разгона двигателя отключают. В регулируемых Э. чаще всего применяют электродвигатели постоянного тока, частоту вращения якорей которых можно изменять плавно, т. е. непрерывно, в широком диапазоне при помощи достаточно простых устройств управления.

В устройства управления входят: кнопочный пульт (для пуска и останова электродвигателя), контакторы, блок-контакты, преобразователи частоты и напряжения, предохранители, а также блоки защиты от перегрузок в аварийных режимах. При питании Э. от источника переменного тока, что характерно для Э., используемых в промышленности и на электроподвижном составе, двигатели которого питаются от сети переменного тока, в качестве преобразующих устройств применяют электромашинные или статические преобразователи электроэнергии — выпрямители. При питании от источника постоянного тока, что характерно для автономных электроэнергетических систем и электроподвижного состава, двигатели которого питаются от сети постоянного тока, преобразующие устройства выполняют в виде релейно-контакторных систем или статических преобразователей (см. Преобразовательная техника). В 70-е гг. 20 в. всё чаще и в регулируемых Э. стали применять трёхфазные асинхронные и синхронные двигатели, регулирование режимов работы которых осуществляют с помощью статических, в основном полупроводниковых, преобразователей частоты. Э. со статическими преобразователями энергии, выполненными на базе ртутных или полупроводниковых вентилей, называются вентильными Э. Единичная мощность вентильных Э. переменного тока, используемых, например, для шахтных мельниц, достигает 10 Мвт и более. Применение в Э. вентильных преобразовательных устройств позволяет решать наиболее экономичным образом задачу возврата энергии от электродвигателя источнику питания (см. Рекуперативное торможение).

К важным показателям, определяющим характеристики устройств управления регулируемого Э., следует отнести плавность регулирования режима работы рабочего механизма, во многом зависящую от плавности регулирования приводного электродвигателя, и быстродействие. Релейно-контакторные устройства управления при сравнительно низком быстродействии обеспечивают ступенчатое (дискретное) регулирование режимов работы, быстродействующие статические системы — непрерывное регулирование. В простейших Э. относительно небольшой мощности операции, связанные с регулированием режима работы исполнительного механизма, производят при помощи ручного управления. Недостатком ручного управления является инерционность процесса регулирования и вызываемое этим снижение производительности исполнительного механизма, а также невозможность точного воспроизведения повторяющихся производственных процессов (например, при частых пусках). Регулирование режимов работы исполнительных механизмов Э. обычно осуществляют при помощи устройств автоматического управления. Такой Э., называется автоматизированным, широко используется в системах автоматического управления (САУ). В разомкнутых САУ изменение возмущающего воздействия (например, нагрузки на валу электродвигателя) вызывает изменение заданного режима работы Э. В замкнутых САУ благодаря связи между входом и выходом системы во всех режимах работы автоматически поддерживаются заданные характеристики, которые при этом можно и регулировать по определенному закону. В таких системах находят все более широкое применение ЭВМ. Одной из разновидностей автоматизированного Э. является следящий электропривод, в котором исполнительный орган с определённой точностью воспроизводит движения рабочего механизма, задаваемые управляющим органом. По способу действия различают следящие Э. с релейным, или дискретным, управлением и с непрерывным управлением. Следящие Э. характеризуются мощностями от нескольких вт до десятков и сотен квт, применяются в различных промышленных установках, военной технике и др. В 60-е гг. 20 в. в различных областях техники нашли применение Э. с числовым программным управлением (ЧПУ). Такой Э. используют в многооперационных металлорежущих станках, автоматических и полуавтоматических линиях. Создание автоматизированного Э. для обслуживания отдельных технологических операций и процессов — основа комплексной автоматизации производства. Для решения этой задачи необходимо совершенствование Э. как в направлении расширения диапазона мощностей Э. и возможностей регулирования, так и в направлении повышения надёжности и создания Э. с оптимальными габаритами и массой.


Электрические двигатели бывают постоянного и переменного тока (рис. 2). Наиболее распространены электрические двигатели переменного тока. Они просты по устройству, неприхотливы в эксплуатации. Основной недостаток - практически не регулируемая частота вращения.

Электрические двигатели переменного тока изготавливают одно- и многофазными. Основные элементы таких двигателей - статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся часть). Выпускаются электродвигатели с коротко замкнутыми обмотками ротора (типа беличьей клетки) и обмотками, выведенными на коллектор (систему контактных колец) и замыкающимися через регулируемые резисторы. Такие роторы называют фазными, а электродвигатели - электродвигателями с фазным ротором.

Электрические двигатели переменного тока применяют для привода рабочих машин различного назначения (насосы, деревообрабатывающие станки, дробилки и т. д.), не требующих регулирования частоты вращения. Выпускаются на мощности от 0, 2 до 200 и более киловатт.

Электродвигатели постоянного тока состоят из подвижной части (якоря) и неподвижной части (статора). Они выпускаются с параллельным, последовательным и смешанным соединением обмоток якоря и статора. Достоинством двигателей постоянного тока является способность регулировать частоту вращения, но они требуют значительных усилий при эксплуатации.