Виды электроприводов: Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Содержание

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.

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

Электропривод.
Механическая часть.
Система управления.

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:

Вращательные.
Поступательные.
Реверсивные.
Возвратно-поступательные.

По принципу регулирования:

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

По виду передаточного устройства:

Редукторный.
Безредукторный.
Электрогидравлический.
Магнитогидродинамический.

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:

Автоматизированные.
Неавтоматизированные.
Автоматические.

По роду тока:

Постоянного тока.
Переменного тока.

По важности операций:

Главный привод.
Вспомогательный привод.

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.

1.1. Типы электроприводов

А в т о м а т и з и р о в а н н ы м э л е к т р о п р и в о д о м называется электромеханическая система, состоящая иэ электродвигателя, передаточного устройств, системы питания и управления, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением, с целью формирования статических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственного механизма.

Разнообразные электроприводы с учетом их исторического развития и с точки зрения способов распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой; индивидуальный и взаимосвязанный электропривод.

Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины.

Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рис. 1.1).

Дальнейшее развитие электропривода было связано с отказом от распределения механической энергии между рабочими машинами, т. е. от трансмиссий, за счет установки на каждую рабочую машину своего электродвигателя ЭД (рис. 1.2).

Однако при таком электроприводе сохраняются системы распределения механической энергии внутри машины, имевшие место и в трансмиссионном приводе. Между отдельными рабочими органами одной и той же машины остаются часто громоздкие механические связи.

.Вследствие своего технического несовершенства трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному

и взаимосвязанному.

Индивидуальный привод по сравнению с трансмиссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и т. д.

При индивидуальном электроприводе за счет того, что каждый рабочий орган машины приводится в движение самостоятельным электродвигателем, рабочие органы машины оказываются уже не связанными друг с другом и поэтому значительно упрощаются механические передачи.

Наконец, при использовании индивидуального электропривода создаются наиболее благоприятные условия для автоматизации работы машин и технологических процессов.

Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах, например в сложных металлорежущих станках (рис. 1.3), в прокатных станах металлургического производства, в подъемно-транспортных машинах, экскаваторах, в роботах-манипуляторах и т. п.

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей, или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным или технологическим соображениям.

Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера. На рис. 1.4 показана схема такого привода, рабочим органом которого является цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями , расположенными вдоль цепи. Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.

Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах.

По степени управляемости электропривод может быть:

1) нерегулируемый — для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью;

2) регулируемый — для сообщения изменяемой скорости исполнительному органу машины;

3) программно-управляемый — управляемый в соответствии с заданной программой;

4) следящий — автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

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

Можно классифицировать электроприводы и по роду передаточного устройства. В этом смысле различают электроприводы:

1) редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор;

2) безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредственно рабочему органу.

По уровню автоматизации различают электроприводы:

1) неавтоматизированный, в котором управление ручное; в настоящее время такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.;

2) автоматизированный, управляемый автоматическим регулированием параметров;

3) автоматический, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

Наконец, по роду тока применяются электроприводы постоянного и переменного тока.

Что такое электрический привод? Типы, преимущества, недостатки

Электропривод определяется как электронное устройство, предназначенное для управления определенными параметрами двигателя для преобразования электрической энергии в механическую энергию точным контролируемым способом.

Содержание

Блок-схема электропривода
Типы электроприводов
- На основе поставки
  - Приводы с двигателем переменного тока
  - Приводы с двигателем постоянного тока
- На основе количества двигателей
  - Индивидуальный
  - Multi Motor
  - Групповой привод
- на основе скорости
  - постоянный привод скорости
  - .
  - Привод с постоянной мощностью
  - Привод с постоянным крутящим моментом
Преимущества электрических приводов
Недостатки электрических приводов
Применение электрических приводов

Электроэнергетические системы, используемые для управления движением, называются « Электрические приводы ».

Состоит из сложной электронной системы или комбинации различных систем для управления движением.

Движение обеспечивается с помощью первичных двигателей.

Примерами первичных двигателей являются бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газовые или паровые турбины, паровые двигатели, гидравлические двигатели и электрические двигатели.

Приводы Энергетические системы, использующие электродвигатели, известны как электроприводы.

Блок-схема электропривода

Современный электропривод с переменной регулируемой скоростью состоит из некоторых важных частей, как показано на блок-схеме ниже.

Источник: Источник может быть источником постоянного или переменного тока.

Преобразователь мощности: Преобразователи переменного тока в постоянный, переменного в переменный, постоянного в постоянный, постоянного в переменный.

Двигатель: Преобразует электрическую энергию в механическую, является сердцем электрической системы.

Обычно используются двигатели постоянного тока

. Двигатели постоянного тока – последовательные, шунтирующие/параллельные двигатели постоянного тока, составные двигатели постоянного тока и двигатели постоянного тока с постоянными магнитами.
Асинхронные двигатели с фазным ротором и линейные, с короткозамкнутым ротором.
Бесщеточные двигатели постоянного тока
Шаговые двигатели.

Загрузка: Это может быть машина для выполнения заданной задачи. Пример: Насос, Вентилятор, Станки.

Контроллер: Мощность , необходимая для двигателя, обеспечивается контроллером.

Сенсор: В зависимости от требуемого типа управления поступают различные данные от сенсоров. Примером является скорость, ток.

Типы электроприводов

На основе поставки

В этой категории доступны два типа. Это

Приводы двигателей переменного тока

Привод переменного тока — это устройство, используемое для управления скоростью электродвигателя, такого как трехфазный асинхронный двигатель, путем изменения частоты электропитания двигателя.

Привод переменного тока также называется частотно-регулируемым приводом (VFD) или частотно-регулируемым приводом (VSD).

Электроприводы постоянного тока

В основном это система управления скоростью электродвигателя постоянного тока, которая подает напряжение на двигатель для работы с заданной скоростью.

Приводы постоянного тока классифицируются как аналоговые приводы постоянного тока и цифровые приводы постоянного тока.

Цифровой привод постоянного тока обеспечивает точное управление.

В зависимости от количества двигателей

В этой категории доступно три типа. их

Индивидуальный

Для различных частей машины будет отдельный приводной двигатель.

Пример: токарный станок.

Мультидвигатель

Для приведения в действие различных частей машины предусмотрены отдельные двигатели.

Пример: Краны.

Групповой привод

В групповом приводе один двигатель используется как привод для двух или нескольких машин.

Двигатель соединен одним валом, другие машины соединены с валом ремнями и шкивами.

Групповой привод наиболее экономичен.

В зависимости от скорости

В этой категории доступны два типа. Это

Привод с постоянной скоростью

Для станков требуются приводы с более или менее постоянной скоростью, используются асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и ручное управление.

Привод с регулируемой скоростью

Основное назначение привода с регулируемой скоростью — управление скоростью наряду с ускорением, замедлением, крутящим моментом и, наконец, направлением движения машины.

Используются для снижения энергопотребления.

На основе параметров управления

В этой категории доступно три типа. Это

Привод с векторным управлением

Векторное управление является наиболее точным, чем любой другой тип частотно-регулируемого привода (ЧРП).

В этом режиме управления момент и скорость управляются инвертором с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Используются для синхронных и асинхронных двигателей переменного тока.

Привод с постоянной мощностью

Когда двигатель с номинальным током в якоре обеспечивает постоянную мощность на всех скоростях в определенном диапазоне управления скоростью, это называется приводом с постоянной мощностью в этом диапазоне управления скоростью.

Привод с постоянным крутящим моментом

Привод с постоянным крутящим моментом и нагрузкой отличается при работе с фиксированными объемами.

Примерами являются винтовые компрессоры, питатели и конвейеры.

Преимущества электрических приводов

Достаточная перегрузочная способность без потери срока службы машины.
Работа в четырех квадрантах.
Изменяемая характеристика крутящий момент-скорость.
Период прогрева не требуется.
Более высокая эффективность.
Простое управление.
Чистая работа, отсутствие загрязнения.
Широкий диапазон скорости управление.
Имеют гибкие характеристики управления.
Может использоваться электрическое торможение
Электроприводы могут быть снабжены системами автоматического обнаружения неисправностей.
Электродвигатели имеют долгий срок службы, низкий уровень шума, более низкие требования к техническому обслуживанию и более чистую работу.
Пригодны практически для условий эксплуатации, таких как взрывоопасные и радиоактивные, погружение в жидкости и т. д.
Они могут быть запущены мгновенно и сразу же могут быть полностью загружены.

Недостатки электрических приводов

Высокая начальная стоимость из-за наличия силовых преобразователей и управляющей электроники.
Требуется регулярное обслуживание и повышенное внимание.

Применение электрических приводов

Широко используется в

Промышленном производстве,
производстве и
управлении процессами.

Ссылки:

Электрические машины S. N Ali.
Электроприводы Котари Д.П. Ракеш Сингх Лодхи.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube для видеоуроков по ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать далее:

Что такое электрическая шина?
Повышение крутящего момента в частотно-регулируемом приводе
Типы корпусов двигателей
Однолинейная электрическая схема
Обработка на заказ с ЧПУ

Будьте первыми, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.

Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.

Неверный адрес электронной почты

Типы электроприводов | Электрические двигатели

Типы электрических приводов
состоят из следующих основных частей: нагрузка, двигатель, модулятор мощности, блок управления и источник. Существует большое количество нагрузок, и каждая нагрузка имеет свои специфические требования. Некоторые общие аспекты нагрузок обсуждаются, а конкретные требования к некоторым общим нагрузкам обсуждаются в последующих главах. Здесь мы исследуем четыре типа электрических приводов; а именно двигатели, модуляторы мощности, источники и блок управления.
Электрические двигатели
Двигатели, обычно используемые в электрических приводах: двигатели постоянного тока – параллельные, последовательные, составные и с постоянными магнитами; Асинхронные двигатели — с короткозамкнутым ротором, с фазным ротором и линейные; Синхронные двигатели — возбужденное поле и постоянный магнит; бесщеточные двигатели постоянного тока; Шаговые двигатели; и переключаемые реактивные двигатели.
В прошлом асинхронные и синхронные двигатели использовались главным образом в приводах с постоянной скоростью. Вариаторы, входящие в состав этих машин, были либо слишком дорогими, либо имели очень низкий КПД. Следовательно, в приводах с регулируемой скоростью преобладали двигатели постоянного тока. 9Двигатели переменного тока 0005
теперь используются в приводах с регулируемой скоростью также благодаря разработке полупроводниковых преобразователей, использующих тиристоры, силовые транзисторы, IGBT и GTO.
Из-за наличия коллектора и щеток двигатели постоянного тока имеют ряд недостатков по сравнению с двигателями переменного тока (асинхронными и синхронными): более высокая стоимость, масса, объем и инерция при той же мощности, необходимость частого обслуживания, непригодность для взрывоопасных и загрязненные среды и ограничения по максимальному напряжению, скорости и номинальной мощности. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который стоит почти одну треть двигателя постоянного тока того же номинала, чрезвычайно прочен, практически не требует обслуживания и может быть рассчитан на более высокие скорости, крутящий момент и номинальную мощность. Двигатели с фазным ротором дороже, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Их потребности в техническом обслуживании, хотя и больше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором, гораздо меньше по сравнению с двигателями постоянного тока. Они также доступны в номинальной мощности. Синхронные двигатели с возбуждением и постоянными магнитами имеют более высокий КПД и коэффициент мощности при полной нагрузке, чем асинхронные двигатели. Двигатели с обмоткой возбуждения могут быть рассчитаны на более высокую номинальную мощность, чем асинхронные двигатели. Однако по сравнению с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором они имеют более высокую стоимость и размер при том же номинале и требуют большего обслуживания. Синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают всеми преимуществами асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, за исключением того, что они доступны с меньшей номинальной мощностью.
Благодаря многочисленным преимуществам двигателей переменного тока, описанным выше, приводы переменного тока успешно заменили приводы постоянного тока в ряде приложений с регулируемой скоростью.
Бесщеточный двигатель постоянного тока чем-то похож на синхронный двигатель с постоянными магнитами, но имеет меньшую стоимость и требует более простого и дешевого преобразователя. Он рассматривается для маломощных высокоскоростных приводов и сервоприводов в качестве альтернативы серводвигателю постоянного тока, который до сих пор был очень популярен. Серводвигатель постоянного тока имеет все перечисленные выше недостатки коллектора и щеток. При низких уровнях мощности кулоновское трение между щетками и коллектором нежелательно, так как оно неблагоприятно влияет на точность привода в установившемся режиме.
В последнее время для управления положением стали популярны шаговые двигатели, а для управления скоростью – вентильные реактивные двигатели.
Модуляторы мощности
Модуляторы мощности сложно классифицировать. Несколько удовлетворительная классификация:
а) Преобразователи;
(b) Переменные импедансы и
(c) Коммутационные цепи.
Некоторые приводы могут использовать более одного из этих модуляторов. Будут рассмотрены те модуляторы мощности, которые используются в промышленных приводах.
(a) Преобразователи
Когда модулятор мощности выполняет функцию (iii) (см. раздел 1.1), его можно классифицировать как преобразователь. Обычно преобразователь также выполняет функцию (i) в дополнение к (ii). В зависимости от схемы он также может выполнять функцию (iv) модулятора мощности. Необходимость в преобразователе возникает, когда характер доступной электроэнергии отличается от той, которая требуется для двигателя. Источники питания обычно бывают следующих типов:
Фиксированное напряжение и фиксированная частота переменного тока

Фиксированное напряжение постоянного тока.
Для управления двигателями постоянного тока требуется переменное напряжение постоянного тока, тогда как для двигателей переменного тока требуется либо переменное напряжение переменного тока с фиксированной частотой, либо переменное напряжение переменного тока с переменной частотой. Этим требованиям к двигателю удовлетворяют следующие преобразователи и их комбинации:
1. Преобразователи переменного тока в постоянный:
Преобразователи переменного тока в постоянный показаны на рис. 1.2. Преобразователь рис. 1.2 (а) используется для получения постоянного питания фиксированного напряжения. от сети переменного тока фиксированного напряжения. Такой преобразователь известен как неуправляемый выпрямитель. Преобразователи, показанные на рис. 1.2 (b)–(j), позволяют получать переменное напряжение постоянного тока из источника переменного тока с фиксированным напряжением. В преобразователях рис. I.2(b) и (c), плавное изменение выходного напряжения может быть достигнуто за счет управления углом открытия тиристоров преобразователя маломощными сигналами от блока управления. Преобразователь на рис. 1.2 (b) является двухквадрантным преобразователем в том смысле, что он способен обеспечивать переменное постоянное напряжение любой полярности с положительным током. Однако преобразователь на рис. 1.2(c) является одноквадрантным преобразователем (положительные напряжение и ток). Преобразователи рис. 1.2 (b) и (c) создают гармоники как на стороне постоянного, так и на стороне переменного тока и имеют низкий коэффициент мощности для низких напряжений постоянного тока. Преобразователи на рис. 1.2 (d), (e) и (f) работают с коэффициентом основной мощности, равным единице.
Выходное напряжение в преобразователе 1.2(d) изменяется путем приложения механической силы. Можно получить только несколько дискретных ступеней постоянного напряжения. В преобразователе рис. 1.2(д) выходное напряжение можно бесступенчато изменять, управляя коэффициентом заполнения полупроводниковых приборов прерывателя маломощными электрическими сигналами от блока управления. Преобразователь рис. 1.2(0) представляет собой управляемый выпрямитель, использующий самокоммутирующиеся устройства, такие как силовые транзисторы, ИСТ и ГТО. Это может быть одно- или двухквадрантный преобразователь в зависимости от схемы. При встречно-параллельном соединении преобразователи рис. 2 (b) и (f) могут обеспечивать работу в четырех квадрантах (переменное напряжение и ток любой полярности). В преобразователе переменного тока в постоянный, показанном на рис. блок управления (усилитель) более высокого уровня мощности, чем блоки управления преобразователей рис. 1.2 (b), (c), (e) и (0). Он может работать во всех четырех квадрантах. Из-за двух вращающихся машин, он имеет ряд недостатков: громоздкий, тяжелый, шумный, менее производительный, медленно реагирующий, дорогой и требует специального фундамента Недостатки, связанные с коммутатором и щетками файлового генератора постоянного тока (рис. 1.2(ж)) устранены в преобразователе рис. 1.2(h), однако этот преобразователь может работать только в одном квадранте. в некоторых очень старых устройствах также может использоваться преобразователь переменного тока в постоянный, показанный на рис. 1.2(i) и (j) с использованием магнитного усилителя и амплидина соответственно. Магнитные усилители и амплидины управляются маломощными сигналами постоянного тока.
2. Регуляторы напряжения переменного тока или регуляторы переменного тока:
регуляторы напряжения переменного тока (рис. 1.3) используются для получения переменного напряжения той же частоты от источника постоянного переменного напряжения. Контроллер напряжения на рис. 1.3 (а) обеспечивает фиксированное (меньшее) напряжение питания переменного тока. Автотрансформаторы, способные выдавать переменное выходное напряжение, не используются из-за скользящих контактов. Переменное напряжение переменного тока с несколькими дискретными шагами получается от контроллера рис. 1.3 (b). Управление осуществляется механической силой. Выходное напряжение и ток источника являются синусоидальными. В преобразователе, показанном на рис. 1.3(с), используется тиристорный регулятор напряжения. Бесступенчатое регулирование выходного напряжения можно получить, управляя углом открытия тиристоров преобразователя маломощными сигналами от блока управления. Выходное напряжение и ток источника имеют гармоники, а коэффициент мощности невелик при низких выходных напряжениях. Немногие старые приводы могут использовать магнитный усилитель для получения переменного напряжения постоянного тока. Из-за высокой стоимости, веса и объема, а также низкой эффективности они были заменены тиристорными регуляторами напряжения почти во всех приложениях.
3. Преобразователи или преобразователи постоянного тока (рис. 1.4):
Они используются для получения переменного напряжения постоянного тока от постоянного напряжения постоянного тока и разработаны с использованием полупроводниковых устройств, таких как силовые транзисторы, IGBT, GTO, мощные МОП-транзисторы и тиристоры. Выходное напряжение можно бесступенчато изменять, регулируя скважность устройства маломощными сигналами от блока управления.
4. Инверторы:
Инверторы используются для получения переменной частоты от источника постоянного тока. Ступенчатые инверторы на рис. 1.5 (а) могут быть спроектированы так, чтобы они вели себя как источник напряжения или источник тока. Соответственно, они известны как инверторы источников напряжения или источников тока. Для управления двигателем переменного тока необходимо также контролировать напряжение/ток вместе с частотой. Изменение выходного напряжения/тока может быть достигнуто за счет изменения входного постоянного напряжения. Это достигается либо установкой прерывателя между источником постоянного тока с фиксированным напряжением и инвертором, либо инвертор может питаться от преобразователя переменного тока в постоянный из тех, что показаны на рис. 1.2(b), (c) или (f). Выходное напряжение и ток имеют ступенчатую форму волны, следовательно, они имеют значительное количество гармоник. Переменная частота и переменное напряжение переменного тока получаются непосредственно из постоянного напряжения постоянного тока, когда инвертор управляется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) (рис. 1.5 (б)). ШИМ-управление также уменьшает гармоники выходного напряжения. Инверторы построены с использованием полупроводниковых устройств, таких как тиристоры, силовые транзисторы, IGBT, GTO и силовые МОП-транзисторы. Они управляются управляющими импульсами, полученными от блока управления малой мощности. В прошлом питание переменной частоты получали от преобразователя частоты, использующего вращающуюся машину. Такие схемы устарели из-за многочисленных недостатков.
5.Циклопреобразователь
Циклопреобразователь (рис. 1.6) преобразует переменный ток фиксированного напряжения и частоты в переменный ток переменного напряжения и переменной частоты. Они построены с использованием тиристоров и управляются сигналами запуска, поступающими от блока управления малой мощности. Выходная частота ограничена 40 % частоты сети, чтобы удерживать гармоники выходного напряжения и тока источника в допустимых пределах.
(b) Переменный импеданс
Переменные резисторы обычно используются для управления недорогими приводами постоянного и переменного тока, а также необходимы для динамического торможения приводов. Переменные резисторы могут иметь две (полную и нулевую) и более ступеней ^– и могут управляться вручную или автоматически с помощью контакторов. Бесступенчатое изменение сопротивления можно получить с помощью полупроводникового переключателя параллельно с постоянным сопротивлением; изменение коэффициента заполнения переключателя дает бесступенчатое изменение действующего значения сопротивления. В приложениях с высокой мощностью используются жидкие реостаты, известные как регуляторы скольжения, для получения бесступенчатого изменения сопротивления.
Катушки индуктивности, обычно двухступенчатые (полная и нулевая), используются для ограничения пускового тока двигателей переменного тока. В старых приводах также могут использоваться реакторы насыщения для управления асинхронными двигателями. В реакторах насыщения реактивное сопротивление регулируется бесступенчато путем управления постоянным током обмотки управления.
(c) Цепи переключения
Операции переключения необходимы для достижения любого из следующего: (i) для изменения соединений двигателя для изменения его рабочего квадранта, (ii) для изменения параметров цепи двигателя дискретными шагами для автоматического управление пуском и торможением, (iii) для работы двигателей и приводов в соответствии с заданной последовательностью, (iv) для обеспечения блокировки для предотвращения неправильной работы и (v) для отключения двигателя при возникновении ненормальных условий работы.
Коммутационные операции в силовой цепи двигателя осуществляются электромагнитными реле большой мощности, называемыми контакторами. Недавно были предприняты попытки использовать тиристорные ключи. Тиристорные переключатели имеют недостатки, заключающиеся в том, что они не могут обеспечить идеальную изоляцию между цепью источника и двигателя. Следовательно, контакторы продолжают широко использоваться. Операция переключения в зависимости от конкретного положения нагрузки осуществляется с помощью концевых выключателей.
В прошлом операции последовательности и блокировки выполнялись с помощью электромагнитных реле малой мощности. Твердотельные реле заменили их почти во всех приложениях. Для реализации сложных операций последовательности и блокировки используются программируемые логические контроллеры (ПЛК).
Источники
В Индии в большинстве мест легко доступны однофазные и трехфазные источники переменного тока частотой 50 Гц. Приводы очень малой мощности обычно питаются от однофазного источника. Остальные приводы питаются от 3-х фазного источника; за исключением тяговых приводов, где даже при очень высоких уровнях мощности из соображений экономии используется однофазное питание. Большинство приводов питаются от источника переменного тока либо напрямую, либо через преобразователь. При прямом питании от сети переменного тока частотой 50 Гц максимальная скорость асинхронных и синхронных двигателей ограничена 3000 об/мин. Для более высоких скоростей переход на более высокочастотный источник питания становится обязательным. Двигатели малой и средней мощности (десятки киловатт) обычно питаются от сети 400 В; для высоких номиналов двигатели могут быть рассчитаны на 3,3 кВ, 6,6 кВ, 11 кВ и выше.
В случае применения в авиации и космонавтике питание переменного тока частотой 400 Гц обычно используется для достижения высокого отношения мощности к весу двигателей.
При магистральной тяге предпочтительнее источник высокого напряжения из соображений экономии. В Индии используется электроснабжение 25 кВ, 50 Гц. При подземной тяге основными расходами являются стоимость туннеля, которую следует минимизировать, сохранив его поперечное сечение, достаточное для проезда поезда. Следовательно, зазор между проводом под напряжением и землей также должен быть минимальным. Ввиду этого в подземных тяговых системах используется низковольтный (от 500 до 750 В) источник постоянного тока. В Западной Индии (от Бомбея до Игатпури) 1500 В постоянного тока используется для основной линии и пригородной тяги, что неэкономично, и поэтому будущие установки не будут его использовать.
Некоторые приводы питаются от батареи, напр. автопогрузчики и молоковозы. В зависимости от размера напряжение батареи может иметь типичные значения 6 мкВ, 12 В, 24 В, 48 В и 110 В постоянного тока. Другим примером приводов, питаемых от источника постоянного тока низкого напряжения, являются приводы на солнечных батареях, используемые в космических и водяных насосах. Эти приводы, несмотря на то, что в настоящее время они очень дороги, имеют большое будущее для применения в сельском водоснабжении и маломощном транспорте.
Хотя выбор двигателя зависит от типа питания, существует множество других факторов, которые еще более важны. Следовательно, двигатель постоянного тока может быть предпочтительнее двигателя переменного тока, даже если имеется источник переменного тока, а двигатели переменного тока могут быть предпочтительнее двигателя постоянного тока, даже если источник питания постоянного тока.
Блок управления
Элементы управления модулятором мощности находятся в блоке управления. Характер блока управления для конкретного привода зависит от используемого модулятора мощности. Из-за их большого количества здесь обсуждаются только два случая.
При использовании полупроводниковых преобразователей блок управления будет состоять из схем запуска, в которых используются линейные и цифровые интегральные схемы и транзисторы, и микропроцессора, когда требуется сложное управление. Когда управление коммутационными цепями требуется для какой-либо из целей, описанных в гл.