Лекция 1 ЭП рабочих машин 2012 -22013

Лекция 1по дисциплине «Электропривод машин химического

производства и предприятий строительной индустрии»

Тема:1. Вступление.2. Основные понятия и обозначения. Структурная схема ЭП.

Классификация ЭП по степени автоматизации.3. Типы схем ЭП: структурная, функциональная, принципиальная.4. Условные графические обозначения в схемах ЭП.

Курс электропривод машин химического производства и предприятий строительной индустрии- есть специальною дисциплиною для специальности « Инженерная механика». Цель курса –дать студентам знания про структуру, устройство, аппараты ЭП, про основные процессы, протекающие в ЭП и взаимосвязь его составных частей.Основная задача курса -

изучение конструкции, принципу действия и основных характеристик электрических аппаратов общего и специального применения;

изучение основных методов выбора мощности двигателя при разных режимах работы;

изучение работы ЭП в статических и переходных режимах; изучение особенностей работы электропривода рабочих машин химической и

строительной отрасли.Данный курс базируется на знаниях студентов, одержанных при изучении курсов :

электротехника , электроника и микропроцессорная техника; электрические и магнитные цепи; электрические измерения и устройства, трансформаторы, электрические машины

постоянного и переменного тока.В результате изучения курса студенты должны знать:

конструкцию , принцип действия и основные характеристики пускорегулирующих и защитных электрических аппаратов, тахогенераторов постоянного и переменного тока;

основные методы расчета и выбора электрических двигателей при разных режимах работы ЭП;

особенности работы ЭП в статических и переходных режимах работы; структурные, функциональные и принципиальные схемы ЭП рабочих машин; особенности работы ЭП рабочих машин и основные принципы их автоматизации.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны уметь: составлять и читать структурные , функциональные и принципиальные схемы ЭП

рабочих машин; рассчитывать мощность и обосновано, тип двигателя , выбирать род тока для его

питания, номинальную скорость, тип электродвигателя; аргументировано обосновывать выбор режима пуска, торможения , регулирования

скорости. Курс состоит из 20 лекционных часов, 10 часов лабораторных работ (4 лабораторных работы) , 8 часов ИРС и выполнения одной расчетно-графической работы. Проверка знаний осуществляется путем проведения диф. зачета, который будет состоять из вопросов по теоретической части курса и практического задания и тестов.

Общие сведения об ЭП, основные понятия.

Приведение в движение исполнительных механизмов и управление их движением для выполнения технологических операций являются основной задачей электропривода. Поэтому специалист-механик должен знать общие особенности механической части ЭП, важнейшие их элементы, связи и параметры, а также математические методы описания и анализа. Он должен уметь на основе известной кинематики механизма, его технических данных и сведений о технологическом процессе составлять функциональные схемы и рассчитывать параметры механической части электропривода.

Электропривод - это управляемая электромеханическая система. Её назначение - преобразовывать электрическую энергию в механическую и обратно и управлять этим процессом.

Электрический привод рождался как более совершенный вид привода, приходящий на смену паровым двигателям, и на первых порах его применение сводилось к замене паровой машины, установленной для приведения в движение трансмиссии предприятия или отдельного цеха, электрическим двигателем. Этот привод, как и привод от пароых машин был групповым. Механическая энергия от одного двигателя через трансмиссию передавалась на отдельные рабочие машины. Переход от парового привода к электрическому открыл возможность централизованного производства электрической энергии на мощных станциях распределения ее по предприятиям с помощью электрической сети. Групповым электроприводом называется электропривод, при котором от одного электрического двигателя приводятся в движение несколько рабочих машин или несколько исполнительных механизмов одной машины. Главной особенностью группового электропривода является невозможность управления технологическим процессом с помощью системы управления электроприводом. При этом пуск в ход и останов отдельных машин и механизмов, регулирование их рабочей скорости, ограничение механических перегрузок и т. п. могут осуществляться только с помощью специальных механических устройств — управляемых муфт, коробок передач и фрикционов.

Главные особенности такого электропривода наглядно видны на рис. 1. а, б. Сплошными утолщенными линиями показан подвод электрической энергии Еэл к двигателю, а тонкими — распределение механической энергии Емех.

Рис1. Структурная схема трансмиссионного группового ЭП а) и группового ЭП б)

Очевидным недостатком такого электропривода является сохранение громоздких механических трансмиссий с помощью которых, механическая энергия от двигателя должна распределяться к рабочим машинам РМ1, РМ2,..., РМп, установленным на предприятии( Рис1. а). Групповой электропривод предприятий и цехов (рис. В. 1,а), был сравнительно быстро вытеснен более совершенным групповым электроприводом отдельных машин (рис. 1,6). Структурная схема такого привода показана на рис.1,б, согласно которой электрическая энергия Еэл подводится к двигателю ЭД, установленному на рабочей машине, а затем с помощью механических передач подается на исполнительные механизмы, имеющиеся в этой рабочей машине. Примером такого группового ЭП может служить привод простейших токарных станков, где и вращение обрабатываемой детали и передвижение резца осуществлялось одним электродвигателем. Если на первом этапе переход к электроприводу практически не затрагивал механического оборудования предприятий, то переход к установке отдельных двигателей для каждой машины уже потребовал нового подхода к конструированию рабочих машин, рациональной их компоновки в единстве с приводным электрическим двигателем. Цеха заводов и фабрик освободились от механических трансмиссий. Однако функции электропривода в схемах, представленных на рис.1, а и б, одинаковы, поэтому обе эти схемы представляют один вид электропривода — групповой. Машины с групповым электроприводом до недавнего времени имели широкое распространение, особенно в металлообрабатывающей, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности. Было создано много машин-автоматов, в которых точные пространственные перемещения различных взаимодействующих механизмов обеспечивались воздействием управляющих кулачков, специальных механических преобразовательных устройств, а электропривод выполнял только функцию приведения в движение рабочих органов машины. Сложная кинематика таких машин, необходимость больших затрат на их индивидуальное проектирование и высокие требования к точности изготовления непосредственно определяются недостатками группового электропривода их механизмов. Рост единичной мощности технологических установок, необходимость автоматизации рабочих процессов машин и технологических линий, стремление к упрощению кинематических цепей машин и ряд других факторов привели к замене группового электропривода индивидуальным.Индивидуальным электроприводом называется электропривод, при котором каждый исполнительный механизм машины приводится в движение отдельным электрическим двигателем (рис. 2) В развитии электропривода переход к индивидуальному электроприводу означает качественный скачок, так как при этом, кроме функции преобразования энергии, на электрический привод возлагается важная функция управления технологическим процессом приводимого в движение механизма.

Рис.2 Индивидуальные приводы исполнительных механизмов продольно-фрезерных станков.

Примером использования индивидуального привода может служить продольно-фрезерный станок (Рис.2), имеющий отдельные электроприводы главных движений (приводы трех шпиндельных бабок). На том же станке обычно еще установлены отдельные приводы для перемещения стола с обрабатываемым изделием. Координация различных операций проводится не за счет усложнения кинематических схем, а за счет усовершенствования управления ЭП.Электрический привод органически сливается с приводимым в движение исполнительным механизмом в единую электромеханическую систему, от физических свойств которой зависят производительность, динамические нагрузки, точность выполнения технологических операций и ряд других факторов. Открываются широкие возможности для формирования путем воздействия на систему управления электроприводом заданных законов движения рабочих органов машин, осуществления связанного автоматического управления взаимодействующими в технологическом процессе механизмами, оптимизации их работы по тем или иным критериям . Современные механизмы (конвейеры, платформы шагающих экскаваторов и т. д.) требуют усилий, которые один двигатель создать не в состоянии. Для приведения в движение этих исполнительных механизмов используется сразу несколько двигателей, действия которых должны быть взаимосвязаны, скоординированы.

Взаимосвязанный ЭП содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или ЭП), при работе которых поддерживается заданное соотношение ли равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным или технологическим соображениям.Примером взаимосвязанного ЭП может служить привод цепного конвейера.

Рис.3. Привод цепного конвеера. (Взаимосвязанный привод)

На Рис.3 показана схема такого привода, рабочим органом которого является цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями (М1,М2), расположенными вдоль цепи. Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.

Взаимосвязанный ЭП широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например, в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением, в бумагоделательных машинах, ротационных машинах полиграфического производства, в текстильных агрегатах, в поточных технологических линиях по производству шинного корда и т. д. Одной из разновидностей взаимосвязанного ЭП является многодвигательный ЭП., - это привод, двигательные устройства которого совместно работают на общий вал. Примером многодвигательного привода может служить привод платформы механизма поворота мощного экскаватора. Здесь благодаря применению многодвигательного ЭП и специальному электрическому соединению двигателей удается равномерно

распределить статическую и динамическую нагрузку между двигателями, осуществляющими поворот платформы.

Современный электропривод является индивидуальным автоматизированным электроприводом. Это означает, что он всегда содержит в своем составе систему автоматического управления, которая в простейших случаях осуществляет пуск, отключение двигателя и его защиту, а в более сложных управляет технологическим процессом приводимого в движение механизма. Указанные особенности автоматизированного электропривода определяют характерную тенденцию в развитии современного машиностроения — упрощение кинематических цепей машин при усложнении и совершенствовании систем управления их электроприводами. Рассмотрим определение электрического привода как технического устройства.

Электрическим приводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управления их технологическими процессами, состоящее из передаточного устройства, электродвигательного устройства, преобразовательного устройства и управляющего устройства.

Электропривод имеет два канала - силовой и информационный (Рис.4). По первому транспортируется преобразуемая энергия (широкие стрелки на рис. 4), по второму осуществляется управление потоком энергии, а также сбор и обработка сведений о состоянии и функционировании системы, диагностика ее неисправностей (тонкие стрелки на рис. 4).

Рис. 4. Общая структура электропривода

Силовой канал в свою очередь состоит из двух частей - электрической и механической и обязательно содержит связующее звено- электромеханический преобразователь.

В электрическую часть силового канала входят устройства ЭП, передающие электрическую энергию от источника питания (шин промышленной электрической сети, автономного электрического генератора, аккумуляторной батареи и т.п.) к электромеханическому преобразователю ЭМП и обратно и осуществляющие, если это нужно, преобразование электрической энергии.

Механическая часть состоит из подвижного органа электромеханического преобразователя, механического преобразователя и исполнительного органа установки, в котором полезно реализуется механическая энергия.Механический преобразователь содержит механические передачи (редукторы, электромагнитные муфты, соединительные муфты), необходимые для передачи вырабатываемой двигателем механической энергии исполнительному механизму.

Механический преобразователь предназначается для управления потоком механической энергии, поступающим из электромеханического преобразователя .. Информационный преобразователь представляет собой информационную слаботочную часть системы управления, предназначенную для фиксации и обработки поступающей информации о задающих воздействиях и состоянии системы и выработки на ее основе сигналов управления преобразовательным, электродвигательным и передаточным устройствами.

Электропривод взаимодействует с системой электроснабжения или источником электрической энергии, с одной стороны, с технологической установкой или машиной, с другой стороны, и наконец, через информационный преобразователь ИП с информационной системой более высокого уровня, часто с человеком - оператором, с третьей стороны (рис. 4).

Можно считать, что электропривод как подсистема входит в указанные системы, являясь их частью. Действительно, специалиста по электроснабжению электропривод обычно интересует как потребитель электроэнергии, технолога или конструктора машин - как источник механической энергии, инженера, разрабатывающего или эксплуатирующего АСУ, - как развитый интерфейс, связывающий его систему с технологическим процессом или системой электроснабжения.

Классификация ЭП.По степени управляемости ЭП может быть:

нерегулируемый – для приведения в действие исполнительного оркана рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий;

регулируемый – для сообщения изменяемой или неизменяемой скорости исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства;

программно-управляемый- управляемый согласно заданной программой; следящий- автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа

рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

адаптивный – автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима .

По уровню автоматизации можно различать: неавтоматизированный ЭП, в котором управление ручное. В настоящее время

такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.;

автоматизированный ЭП, управляемый оператором, с автоматическим регулированием параметров;

автоматический ЭП, в котором управляющие воздействии вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

Два последних типа ЭП находят применение в подавляющем большинстве случаев.

Преимущества ЭП перед другими приводамиПрактически все процессы, связанные с механической энергией, движением,

осуществляются электроприводом. Исключение составляют лишь автономные транспортные средства (автомобили, самолеты, некоторые виды подвижного состава, судов), использующие неэлектрические двигатели. В относительно небольшом числе промышленных установок используется гидропривод, еще реже - пневмопривод.

Столь широкое, практически повсеместное распространение электропривода обусловлено особенностями электрической энергии - возможностью передвигать ее на

любые расстояния, постоянной готовностью к использованию, легкостью превращения в любые другие виды энергии.

Сегодня в приборных системах используются электроприводы, мощность которых составляет единицы микроватт; мощность электропривода компрессора на перекачивающей газ станции - десятки мегаватт, т.е. диапазон современных электроприводов по мощности превышает 1012. Такого же порядка и диапазон по частоте вращения: в установке, где вытягиваются кристаллы полупроводников, вал двигателя должен делать 1 оборот в несколько десятков часов при очень жестких требованиях к равномерности движения; частота вращения шлифовального круга в современном хорошем станке может достигать 150000 об/мин.

Но особенно широк - безгранично широк - диапазон применений современного электропривода: от искусственного сердца до шагающего экскаватора, от вентилятора до антенны радиотелескопа, от стиральной машины до гибкой производственной системы. Именно эта особенность - теснейшее взаимодействие с технологической сферой - оказывала и оказывает на электропривод мощное стимулирующее влияние. Непрерывно растущие требования со стороны технологических установок определяют развитие электропривода, совершенствование его элементарной базы, его методологии. В свою очередь, развивающийся электропривод положительно влияет на технологическую сферу, обеспечивает новые, недоступные ранее возможности.

С энергетической точки зрения электропривод - главный потребитель электрической энергии: сегодня в развитых странах он потребляет более 60% всей производимой электроэнергии. В условиях дефицита энергетических ресурсов это делает особенно острой проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода.

Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1т условного топлива, вдвое дешевле, чем ее добыть. Нетрудно видеть. что в перспективе это соотношение будет изменяться: добывать топливо становится всё труднее, а запасы его всё убывают.

Типы схем ЭП: структурные схемы определяют основные функциональные части установки ,

их назначение и взаимосвязи. Они разрабатываются ранее схем других типов и служат для общего ознакомления с объектом. Примером структурной схемы может служить структурная схема ЭП (Рис.4) ;

функциональные схемы разъясняют определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях объекта или в объекте в целом. Функциональными схемами пользуются для изучения принципа работы объекта, а также при его наладке, контроле и ремонте;

принципиальные (полные схемы) определяют полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дают детальное представление о принципах работы объекта.

Пример изображения принципиальной схемы управления асинхронного ЭП представлен на Рис 5. Названия элементов принципиальной схемы приведено под рис.5.

Приложении к Лекции1. Примеры функциональной схемы автоматизации при разных значениях регулируемых параметров изображены на рис 6-7.