Электрический привод для передач

Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.

1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Функциональные компоненты

• Р – регулятор служит для управления электроприводом.
• ЭП – электрический преобразователь служит для преобразования электроэнергии в регулируемую величину напряжения.
• ЭМП – электромеханический преобразователь электричества в механическую энергию.
• МП – механический преобразователь способен изменять быстродействие и характер движения двигателя.
• Упр – управляющее действие.
• ИО – исполнительный орган.

Функциональные части

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода

• Статические . Механическая и электромеханическая характеристика.
• Механические . Это зависимость скорости вращения от момента сопротивления. При анализе динамических режимов механические характеристики полезны и удобны.
• Электромеханические . Это зависимость скорости вращения от тока.
• Динамические . Это зависимость координат электропривода в определенный момент времени при переходном режиме.

Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:

По принципу регулирования:

• Нерегулируемый.
• Регулируемый.
• Следящий.
• Программно управляемый.
• Адаптивный. Автоматически создает оптимальный режим при изменении условий.
• Позиционный.

По виду передаточного устройства:

По виду преобразовательного устройства:

• Вентильный. Преобразователем является транзистор или тиристор.
• Выпрямитель-двигатель. Преобразователем является выпрямитель напряжения.
• Частотный преобразователь-двигатель. Преобразователем является регулируемый частотник.
• Генератор-двигатель.
• Магнитный усилитель-двигатель.

По методу передачи энергии:

• Групповой . От одного мотора через трансмиссию приводятся в движение другие исполнительные органы рабочих машин. В таком приводе очень сложное устройство кинематической цепи. Электрические приводы такого вида являются неэкономичными из-за их сложной эксплуатации и автоматизации. Поэтому такой привод сегодня не нашел широкого применения.
• Индивидуальный . Он характерен наличием у каждого исполнительного органа отдельного электродвигателя. Такой привод является одним из основных на сегодняшний день, так как кинематическая передача имеет простое устройство, улучшены условия техобслуживания и автоматизации. Индивидуальный привод нашел популярность в современных механизмах: сложных станках, роботах-манипуляторах, подъемных машинах.
• Взаимосвязанный . Такой привод имеет несколько связанных электроприводов. При их функционировании поддерживается соотношение скоростей и нагрузок, а также положение органов машин. Взаимосвязанные электрические приводы необходимы по соображениям технологии и устройству. Для примера можно назвать привод ленточного конвейера, механизма поворота экскаватора, или шестерни винтового пресса большой мощности. Для постоянного соотношения скоростей без механической связи применяется схема электрической связи нескольких двигателей. Такая схема получила название схемы электрического вала. Такой привод используется в сложных станках, устройствах разводных мостов.

По уровню автоматизации:

По роду тока:

По важности операций:

Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:

• Требованиям технологического процесса выбирают двигатель с соответствующими характеристиками, конструктивного исполнения, а также метода фиксации и монтажа.
• Соображениям экономии подбирают надежный, экономичный и простой двигатель, который не нуждается в больших расходах на эксплуатацию, имеет малый вес, низкую цену и небольшие размеры.
• Условиям внешней среды и безопасности подбирают соответствующее исполнение мотора.

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества

• Возможность более точного подбора мощности двигателя для электропривода.
• Электрический мотор менее пожароопасен в отличие от других типов двигателей.
• Приводы дают возможность быстрого пуска и остановки механизма, его плавного торможения.
• Нет необходимости в специальных регуляторах питания для электродвигателя. Все процессы происходят в автоматическом режиме.
• Приводы дают возможность подбора мотора, свойства которого лучше других моделей сочетаются с характеристиками агрегата.
• С помощью электрического привода можно плавно регулировать обороты механизма в определенных пределах.
• Электродвигатель может преодолеть большие и долговременные перегрузки.
• Электропривод дает возможность получения максимальной скорости и производительности рабочего механизма.
• Электродвигатель дает возможность экономить электричество, а при определенных условиях даже генерировать ее в сеть.
• Полная и простая автоматизация установок и механизмов возможна только с помощью электроприводов.
• КПД электромоторов имеет наибольший показатель по сравнения с другими моделями двигателей.
• Моторы производят с повышенной уравновешенностью. Это дает возможность встраивания их в механизмы машин, делать менее массивным фундамент.

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Источник

Электрические приводы. виды и устройство. применение и работа

Достоинства и недостатки

Электроприводу не страшен сибирский мороз…

Достоинства

Широкое применение электропривода для управления арматурой объясняется рядом его достоинств и преимуществ по сравнению с другими видами приводов:

• он может обеспечить централизованное управление любыми типами и классами арматуры;
• не требуется внутренний подогрев при температурах окружающей среды до -50С и до -60С;
• способен обслуживать арматуру разных размеров условного прохода, от минимального до максимального;
• к электроприводу требуется подвод только одного вида энергии, а при монтаже схемы управления приводом имеется мало вынесенных и при этом несложных электрических соединений;
• в отличие от большинства других приводов он может монтироваться не только непосредственно на арматуре, но и на расстоянии от неё;
• может быть снятым с действующей арматуры (для ремонта), не создавая опасности самопроизвольного изменения положения рабочего органа;
• возможно его использование для механизации действующей арматуры, снабженной маховиком ручного управления, без переделки последней;
• при наличии встроенного блока суперконденсаторов, привод может возращаться в крайние положения «нормально закрыто» или «нормально открыто»
• может использоваться для постоянного регулирования трубопроводной арматуры
• электросеть свободна от недостатков, свойственных другим сетям (засорение, обмерзание и т. д.).

Не существует других приводов, использующих один вид энергии, которые были бы в состоянии обеспечить местную и дистанционную сигнализацию как крайних положений рабочего органа арматуры, так и промежуточных; подачу сигнала на пульт в случае заедания подвижных частей арматуры или попадания посторонних предметов в её полости; блокировку работы арматуры; остановку рабочего органа арматуры в промежуточном положении без опасности его самопроизвольного перемещения.

Недостатки

Электрические приводы имеют и ряд недостатков:

• детали электроприводов подвержены износу в большей степени, чем детали некоторых других, поэтому они нуждаются в регулярном обслуживании, уходе;
• контакты привода являются источниками радиопомех;

Не рекомендуется использовать электропривод для управления , что связано с трудностью уменьшения влияния на арматуру инерционных масс привода. Нецелесообразно применение электропривода в случаях, когда его питание должно осуществляться от автономного источника энергии (наиболее целесообразная форма хранения энергии — сжатый воздух). Не используется электропривод для работы на объектах особой взрывоопасности.

Некоторые разновидности электрических приводов

Распределение электроприводов по категориям и группам зависит от критериев, которые взяты в основу классификации.

По типу используемого тока электрические привода делятся на две категории:

• электропривод постоянного тока. Такие устройства появились в начале 80-х годов прошлого столетия и были единственным решением для регулировки скорости двигателя. Их устанавливали на прокатных станах, строительной технике, металлорежущих станках и других силовых агрегатах. Преимуществ заключалось в легкости управления, а недостатки в обслуживании конструкции и небольшом ресурсе. Благодаря разработке асинхронных двигателей, доля таких электроприводов упала ниже 15% и продолжает уменьшаться;
• электропривод переменного тока. Он пришел на смену предыдущей категории электроприводов благодаря распространению асинхронных двигателей. Электроприводы могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Последние используются при изготовлении промышленного оборудования и бытового инструмента. Одна из разновидностей регулируемого устройства – частотный электропривод.

В зависимости от назначения и функциональности выпускаются разные виды электроприводов, которые отличаются принципом действия, конструкцией и областями применения.

Рассмотрим популярные разновидности:

• стрелочный электропривод. Эта разновидность используется для городского общественного рельсового транспорта и в железнодорожной отрасли. Основная задача привода – обеспечение переключения стрелок для регулирования движения поездов и другого подвижного состава;
• асинхронный электропривод. Это распространенное устройство, которое позволяет регулировать два параметра двигателя переменного тока – скорость вращения и мощность. Частотно регулируемый электропривод – это его разновидность. Тиристорный электропривод используется в промышленных станках, машинах и агрегатах. Он отличается высокой надежностью, длительным сроком эксплуатации и возможностью работать в экстремальных температурных условиях от -60 до +60 градусов.

Выбор типа привода напрямую зависит от разновидности двигателя, функциональности и назначения устройства, а также от условий эксплуатации.

Особенности систем управления

Системы управления электроприводами являются неотъемлемой частью механизма.

Системы управления выполняют определенные функции в зависимости от назначения устройства:

• пуск и выключение;
• регулировка скорости;
• управление положением механизма или машины;
• контроль и изменение характеристик устройства в соответствии с заданными параметрами;
• защита, блокировка оборудования или сигнализация.

В зависимости от типа управления все системы делятся на три группы:

• ручные. Оператор самостоятельно следит за рабочими процессами, непосредственно воздействуя на механизмы электропривода. Недостаток очевиден – это низкая точность, наличие человеческого фактора и медлительность системы. Этот тип управления используется редко, для выполнения базовых операций и контроля за одним процессом;
• полуавтоматические. В данном случае присутствие оператора необходимо, но его участие в процессе остается минимальным – он лишь воздействует на автоматические системы, причем контроль может проводиться дистанционно. Главное преимущество – повышается быстродействие и точность обработки данных и регулировки процессами;
• автоматические. Эти системы управления не допускают участия оператора – все процессы контроля и регулировки электроприводами осуществляются в автономном режиме согласно заложенной программе и с учетом внештатных ситуаций.

Характеристики привода[ | код]

Статические характеристики | код

Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.

Механическая характеристика | код

Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Электромеханическая характеристика двигателя | код

Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала ω от тока I.

Динамическая характеристика | код

Динамическая характеристика электропривода — это зависимость между мгновенными значениями двух координат электропривода для одного и того же момента времени переходного режима работы.

Основные характеристики и классификация электроприводов

Такие устройства имеют свою классификацию. Она осуществляется по определенным признакам.

Электроприводы взаимодействуют с системами и устройствами. В данном случае можно выделить три стороны. Первая – система электроснабжения и источник энергии. Вторая – технологическая установка или машина. Третья – контакт с человеком-оператором посредством применения информационного преобразователя. Такой прибор – часть всей системы.

Микропроцессорная техника развивается стремительными темпами. Это привело к тому, что в системах управления электроприводом стали применяться цифровые регуляторы.

Такое внедрение существенным образом позволяет расширить набор реализуемых линейных и нелинейных законов и алгоритмов для контроля устройством с одной стороны. Однако с другой это вносит определенные особенности. Они присущи цифровым системам. Это непосредственно импульсный характер информации.

Другими словами присутствует квантование по времени и по уровню. Также имеется запаздывание в канале управления. Оно необходимо для обработки данных и формирования сигналов.

На этом фоне возникла потребность в применении новых алгоритмов управления и методов синтеза этих систем. Так, современные электроприводы с цифровым управлением имеют следующую схему.

Такие машины обладают рядом уникальных свойств:

1. Арифметические или логические возможности являются развитыми. Такая особенность способствует реализации сложных линейных и нелинейных законов управления, функциональной экстраполяции, трансцендентных зависимостей и пересчету координат из одной системы в другую в электроприводе многосвязного типа.
2. Имеется свободная память. За счет этого производится формирование текущего управления с учетом накопительной информации.
3. Программируемость. Именно посредством этого можно создавать многорежимные и многофункциональные устройства, которые базировались бы на микропроцессорных системах.

Электроприводы – приборы, позволяющие решить множество задач в промышленности.

Больше о современных электроприводах и системах можно узнать на ежегодной выставке «Электро».

Шаровые краны с электроприводомЭксплуатация, управление, ремонт электроприводомВысоковольтные электрические аппараты

Классификация электроприводов

По количеству и связи исполнительных, рабочих органов:

• Индивидуальный, в котором рабочий исполнительный орган приводится в движение одним самостоятельным двигателем, приводом.
• Групповой, в котором один двигатель приводит в действие исполнительные органы РМ или несколько органов одной РМ.
• Взаимосвязанный, в котором два или несколько ЭМП или ЭП электрически или механически связаны между собой с целью поддержания заданного соотношения или равенства скоростей, или нагрузок, или положения исполнительных органов РМ.
• Многодвигательный, в котором взаимосвязанные ЭП, ЭМП обеспечивают работу сложного механизма или работу на общий вал.
• Электрический вал, взаимосвязанный ЭП, в котором для постоянства скоростей РМ, не имеющих механических связей, используется электрическая связь двух или нескольких ЭМП.

По типу управления и задаче управления:

• Автоматизированный ЭП, управляемый путём автоматического регулирования параметров и величин.
• Программно-управляемый ЭП, функционирующий через посредство специализированной управляющей вычислительной машины в соответствии с заданной программой.
• Следящий ЭП, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.
• Позиционный ЭП, автоматически регулирующий положение исполнительного органа РМ.
• Адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру или параметры устройства управления с целью установления оптимального режима работы.

• ЭП с вращательным движением.
• Линейный ЭП с линейными двигателями.
• Дискретный ЭП с ЭМП, подвижные части которого в установившемся режиме находятся в состоянии дискретного движения.

По наличию и характеру передаточного устройства:

• Редукторный ЭП с редуктором или мультипликатором.
• Электрогидравлический с передаточным гидравлическим устройством.
• Магнитогидродинамический ЭП с преобразованием электрической энергии в энергию движения токопроводящей жидкости.

• Переменного тока.
• Постоянного тока.

По степени важности выполняемых операций:

• Главный ЭП, обеспечивающий главное движение или главную операцию (в многодвигательных ЭП).
• Вспомогательный ЭП.
• Привод передач.

Схемы электроприводов

В промышленности широко применяются электроприводы. Их основным предназначением является преобразование энергии. Устройства представляют собой автоматизированную электромеханическую систему.

Электромеханическая система электроприводов в свою очередь включает три вида узлов:

Обычно данная система состоит из двигателя, преобразователя и автоматического управления. Электроприводы способствуют приведению в движение практически всех механизмов, которые имеются на заводах и фабриках, а также транспортных средств и бытовой техники.

На сегодняшний день практически все аппараты, приборы и агрегаты оборудованы данным устройством.

• сплит-системы и холодильное оборудование;
• трамваи и троллейбусы;
• поезда и самолеты;
• автомобили;
• бытовая техника;
• принтеры и сканеры;
• часы.

Схема электропривода, который имеет промышленный механизм, представлена на рисунке ниже.

При этом данные устройства могут в значительной степени отличаться по своим габаритам. Электроприводы выполняются от нескольких миллиметров до гигантских размеров с «двухэтажку», которые двигают мощный прокатный стан.

Подобные системы отличаются рядом особенностей.

Первая заключается в том, что скорость электроприводов регулируется посредством применения полупроводниковых преобразователей энергии.

Второй особенностью является использование микропроцессорных контроллеров. Они непосредственно позволяют решать задачу управления данными устройствами. Общая структура прибора выглядит следующим образом.

Ссылки

• [http://electrik-2009.narod.ru/spravka/el_privod/ind_privod.html Электропривод]
• [http://electricalschool.info/elprivod/1143-chto-takoe-jelektricheskijj-privod.html Что такое электрический привод]
• [http://www.elektromehanicka.narod.ru/ Конструкции электрических машин]
• [http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/279-kak-vybrat-tip-jelektrodvigatelja.html Как выбрать тип электродвигателя]
• [http://electricalschool.info/main/drugoe/303-klassifikacija-kranovykh.html Классификация крановых электроприводов]
• [http://electrolibrary.info/books/yaure.htm Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод. Справочник.— М.: Энергоатомиздат, 1988.— 344 с.(djvu)]
• [http://robot-develop.org/archives/1590/ Электроприводы используемые в робототехнике]
• [http://elprivod.nmu.org.ua/ua/entrant/electricdrive.php Что такое электропривод]
• [http://eprivod.com Асинхронный электропривод: теория и практика]
• [http://chastotnik.com.ua/a-osnovnie-kriterii-vibora-preobrazovatelya-chastoti Основные критерии выбора преобразователей частоты для электропривода]

Подбор электродвигателя

Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.

При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:

• Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду ме­ханической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
• Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имею­щий наименьшие габариты, массу и стоимость.
• Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.

Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.

Классификация

Электрический многооборотный привод на шиберной задвижке

Электрический неполноповоротный привод на дисковом затворе

В зависимости от рода тока приводы изготовляются с двигателями переменного тока и, реже, с двигателями постоянного тока. Они могут содержать ограничительное силовое устройство или быть без него. По принципу действия этого устройства приводы подразделяются на фрикционные, фрикционно-кулачковые, электромеханические, электромагнитные, электрические, электронные.

По конструкции редуктора приводы делят на:

• червячные
• планетарные
• цилиндрические
• кулисно-винтовые
• сложные (состоящие из двух или более типов передач)

В зависимости от величины и вида перемещения выходного элемента различают приводы:

Источник