Введение. Министерство образования и науки Российской Федерации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения»

А.А. МАРТЫНОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2013г

УДК 62-83:621.314

М29 А.А. Мартынов.

Электрический привод.: Учеб. пособие/ А.А.Мартынов. СПб.: СПбГУАП, 2013. 426 с.: ил.

Рецензенты: доцент каф.31 к.т.н. Бураков М.В.;

ведущий научный сотрудник ФГУП ЦНИИ СЭТ к.т.н. Сергеев М.Ю.

Изложены основные вопросы теории электрического привода постоянного тока и переменного тока, шагового электропривода, электроприводов с вентильным и вентильно-индукторным двигателями. Рассмотрены вопросы устройства, принципа работы, статические и динамические характеристики электрических приводов. Приведены энергетические показатели работы электроприводов.

Рассмотрены основные вопросы построения разомкнутых и замкнутых систем электрических приводов. Рассмотрены вопросы устройства, принципа работы и основные характеристики датчиков информации замкнутых систем электрических приводов. Приведены примеры расчетов параметров и характеристик электродвигателей электроприводов, рассмотрены отдельные вопросы практической реализации микропроцессорных систем управления электроприводов.

Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих курс «Электрический привод» и обучающихся по направлениям подготовки «Электроэнергетика и электротехника» и «Мехатроника и робототехника». Учебное пособие будет полезно и для студентов, изучающих курсы «Электромехатроника», «Электромехатронные системы и комплексы» и «Электромеханические и полупроводниковые преобразователи электрической энергии».

ВВЕДЕНИЕ

Огромное влияние на развитие человеческого общества всегда оказывал и оказывает способ получения энергии, необходимой для выполнения механической работы во всевозможных областях деятельности человека. Механическая энергия вырабатывается приводом, который пре­образовывает другие виды энергии. В зависимости от вида исполь­зуемой первичной энергии различают гидравлический, пневмати­ческий, тепловой и электрический приводы [1].

Приведем краткую сравнительную оценку характеристик пневматического, гидравлического и электрического приводов [9].

Пневматический привод. Достоинства: простота устройства и эксплуатации при средней квалификации обслуживающего персонала, низкая стоимость, высокая надежность, высокое быстродействие. Не­достатки: плохая управляемость, сложная реализация следящего ре­жима из-за невысокой жесткости механической характеристики, низ­кий КПД, сложность обеспечения плавности переходных процессов. Область применения: нерегулируемые приводы с цикловым управлени­ем грузоподъемностью до 10... 15 кг, реже - до 20...30 кг.

Гидравлический привод. Достоинства: удовлетворительная жесткость механической характеристики, возможность реализации практи­чески любых законов движения исполнительного механизма достаточ­но простыми средствами, высокое быстродействие, высокая удельная мощность на единицу массы при мощностях 1 кВт и выше, простота фиксации с помощью гидрозамка (при отключении питания). Недостат­ки: большая сложность, утечка масла, высокая стоимость, сложность обслуживания, требующая введения в штат электрика и гидравлика достаточно высокой квалификации. Область применения: приводы боль­шой грузоподъемности.

Электрический привод. Достоинства: простота передачи энергии, низкая стои­мость, большая экономичность в эксплуатации, высокий КПД, хорошие возможности по унификации. Недостатки: более низкие по сравнению пневмоприводом массогабаритные по­казатели из-за отсутствия в настоящее время в промышленном произ­водстве малогабаритных быстродействующих электродвигателей и элек­тромеханизмов; сложность фиксации привода при отсутствии питания. Область применения: приводы устройств автоматики, тяговые приводы транспортных средств, приводы с высокодинамичными характеристиками, например, приводы для прокатных станов и т.п.

Очевидными достоинствами ЭП являются также большой диапазон мощности и скорости движе­ния; разнообразие конструктивного исполнения электродвигателей, что позволяет ра­ционально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях - в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.

В современном про­мышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наи­большее применение нашел электрический привод (ЭП), на долю которого приходится более 60% потребляемой в стране электро­энергии.

В робототехнике наряду с электрическим приводом находят применение пневматический и гидравлический приводы.

Рассмотрим кратко историю развития ЭП. Историю ЭП обычно начинают отсчитывать с 1834 года, с разработки рус­ским академиком Б.С. Якоби (совместно с академиком Э.Х. Ленцем) первого двигателя постоянного тока вращательного движения. Установка этого двигателя на небольшой катер, который в 1838 г. совершил испытательные рейсы по Неве, является первым примером реализации ЭП. В 1867 году А.П. Давыдов впервые в мире создал синхронно-следящую систему управления артиллерийским огнем, явившуюся первым прообразом автоматизированного ЭП. Можно также отметить работы русского электромеханика В.Н. Чикалева, который в 1882 году создал ЭП швейной машины, а в 1886 году – ЭП вентилятора. Однако из-за отсутствия экономичных источников элект­роэнергии постоянного тока ЭП долгое время не находил широко­го применения и основным оставался тепловой привод.

Толчком к развитию ЭП явилась разработка в 1889 г. М.О. Доливо-Добровольским системы трехфазного тока и появление трех­фазного асинхронного электродвигателя, что создало реальные тех­нические и экономические предпосылки для широкого использова­ния электрической энергии, а значит, и ЭП.

Ранняя стадия развития теории ЭП была связана с разработкой научных основ электрификации отраслей народного хозяйства, вопросов расчета и улучшения энергетических показателей ЭП, а также их автоматического управления. Первым фундаментальным трудом по теории ЭП стало учебное пособие «Электрическое распределение механической энергии», изданное в 1925 г. С.А. Ринкевичем - профессором Петербургского электротехнического института (ныне ЛЭТИ).

В первой половине 20 века в качестве усилителя мощности в ЭП находили применение электромеханические преобразователи, выполненные по схеме двигатель – генератор.

В 20-х годах были разработаны и внедрены в серийное производство мощные ионные вентили (тиратроны и игнитроны). На основе этих вентилей стали создаваться электромашинно-вентильные системы, позволяющие существенно улучшить механические и регулировочные характеристики электроприводов. В 1934-1935 годах Д.А. Завалишин и О.Г. Этингер, а затем Ф.И. Бутаев и Е.Л. Этингер предложили и исследовали ряд схем вентильных преобразователей, дали методики их расчета и спроектировали вентильные двигатели для электрической тяги.

В 30-х годах 20-го века появились информационные электрические машины: тахогенераторы, сельсины, вращающиеся трансформаторы, а также микродвигатели для различных систем автоматики.

В 40-ых годах 20-го века разработаны электромашинные усилители с поперечным полем, которые долгое время были единственными усилителями мощности с достаточно большим коэффициентом усиления и находили широкое применение при реализации ЭП различного назначения.

Была разработана теория исполнительных двигателей автоматических устройств, появились двигатели с постоянными магнитами, гистерезисные двигатели с высокими динамическими и эксплуатационными характеристиками.

В 50-х годах успехи цифровой вычислительной техники способствовали быстрому развитию ЭП, выполненному на шаговых двигателях.

В конце 20-го века бурное развитие технологии производства полупроводниковых приборов способствовало существенному повышению их характеристик, надежности и снижению себестоимости изготовления. Все это способствовало созданию надежных силовых схем и систем управления вентильных преобразователей, которые постепенно вытеснили электромашинные усилители мощности и стали основными преобразователями различных видов электрической энергии для современных систем ЭП.

В настоящее время происходит замена релейно-контакторных систем управления ЭП современными микропроцессорными системами управления, позволяющими существенно улучшить характеристики ЭП, повысить надежность их. Дальнейшее развитие ЭП связано с решением ряда актуальных задач, включая и задачу повышения мощности, улучшения энергетических показателей и надежности их. Так, например, необходимо повысить мощность электроприводов гребных винтов морских судов до десяти и более мегаватт. Примерно такой же мощности необходимы электроприводы для перекачки газа по магистральным газопроводам и т.п.

Дата добавления: 2015-07-15