Электрические приводы. виды и устройство. применение и работа

Достоинства и недостатки

Электроприводу не страшен сибирский мороз…

…и пески Сахары

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.

По характеру движения:

  • 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.

По роду тока:

  • 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:

  • электрические;
  • механические;
  • электронные.

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.

Сюда можно отнести:

  • 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:

  • многооборотные
  • неполноповоротные
  • прямоходные
Ссылка на основную публикацию