Воронин Сергей Григорьевич

Введение

В простейшем понимании электропривод представляет собой электромеханическую систему, предназначенную для преобразования электрической энергии в механическую, приводящую в движение рабочие органы различных машин. Однако на современном этапе на электропривод часто возлагается задача управления движением рабочих органов по заданному закону, с заданной скоростью или по заданной траектории, поэтому более точно можно сказать, что электропривод – это электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов различных машин и управления этим движением.

Как правило, электропривод состоит из электродвигателя, осуществляющего непосредственное преобразование электрической энергии в механическую, механической части, передающей энергию от двигателя к рабочему органу, включающий рабочий орган и устройства управления двигателем, осуществляющего регулирование потока энергии от первичного источника к двигателю. В качестве устройства управления может быть использован как простейший выключатель или контактор, так и регулируемый преобразователь напряжения. В совокупности перечисленные устройства образуют энергетический канал привода. Для обеспечения заданных параметров движения привода предназначен информационно-управляющий канал, в состав которого входят информационные и управляющие устройства, обеспечивающие получение информации о заданных параметрах движения и выходных координатах и реализующие определенные алгоритмы управления. К ним относятся, в частности, различные датчики (угла, скорости, тока, напряжения и др.), цифровые, импульсные и аналоговые регуляторы.

Как к любому техническому объекту, к электроприводу предъявляются разнообразные технические требования. Рассмотрим общие, наиболее характерные из них.

Требования по надежности, в соответствии с которыми электропривод должен выполнять заданные функции в определенных условиях, в течение определенного промежутка времени и с заданной вероятностью безотказной работы. Если эти требования не выполняются или не подтверждаются, то все остальные его качества могут оказаться бесполезными. Требования по надежности могут существенно отличаться в зависимости от назначения привода. Например, от электропривода рулевой машины боевой ракеты не требуется большого ресурса работы, однако вероятность отказа в течение этого небольшого промежутка времени должна быть очень низкой. Наоборот, время работы электропривода компрессора бытового холодильника должно быть достаточно продолжительным, а его отказ не связан с катастрофическими последствиями, и требования по вероятности безотказной работы не такие жесткие.

Точность или отличие каких-либо показателей движения от заданных, которое не должно превышать некоторых допустимых значений. Электропривод должен поддерживать на заданном уровне ускорение, скорость, угол или момент рабочего органа, обеспечивать перемещение рабочего органа на заданный угол и за заданное время и т.д. Например, электропривод звукозаписывающего или воспроизводящего устройства высокого класса должен обеспечить стабильность скорости вращения не хуже десятых или даже сотых долей процента.

Быстродействие, т.е. способность электропривода достаточно быстро реагировать на различные управляющие и возмущающие воздействия. Этот показатель тесно связан с показателем точности. Например, в следящем электроприводе при быстром и частом изменении управляющих сигналов, чем выше быстродействие привода, тем меньше будет ошибка воспроизведения заданного движения.

Качество переходных процессов, под которым, как и в теории автоматического управления, понимается обеспечение определенных закономерностей их протекания. Требования к качеству чаще всего формулируются, исходя из особенностей функционирования машин или рабочих органов, в которых устанавливается электропривод. Например, в приводах манипуляторов иногда недопустимо перерегулирование, так как оно может привести к выходу из строя технологического оборудования, иногда регламентируется время переходного процесса и т.д.

Энергетическая эффективность. Поскольку любой процесс передачи и преобразования электрической энергии связан с ее потерями, важно знать, какова доля этих потерь. Особенно это важно при использовании электропривода в подвижных объектах, переносной аппаратуре или электроприводах большой мощности и длительным режимом работы. Энергетическая эффективность оценивается к.п.д. – отношением полезно истраченной энергии к ее полному расходу в данном процессе. В любом случае необходимо стремиться к максимальному к.п.д. привода.

Совместимость электропривода с аппаратурой технического комплекса, в котором он используется, с системой электроснабжения, информационной системой и, наконец, с самим рабочим органом и прибором, в котором он установлен. Особенно остро вопросы совместимости стоят для электроприводов бытовой и медицинской техники, ортопедических устройств, радиотехнических приборов и систем.

В настоящем курсе мы попытаемся рассмотреть принципы построения, основные характеристики, динамические модели и структуру электроприводов, построенных на основе наиболее распространенных в настоящее время двигателей постоянного и переменного тока и выделенных в отдельный класс вентильных двигателей. Ознакомимся с методами выбора отдельных элементов привода и синтезом некоторых регуляторов с учетом перечисленных выше требований.