МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Курс лекций

по дисциплине «Б.3.1.9 Электрический привод»

направления подготовки

«1400400.62 Электоэнергетика и электротехника»

Профиль «Электротехнологические установки и системы»

Основные понятия

Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называется электродвигателем. В случае если электродвигатель включён в состав технологической системы и способен изменять режимы работы в соответствии с технологическими требованиями – это электропривод. Обобщённая структурная схема электропривода представлена на рис.1.

На рис.1 представлены:

1 – преобразователь электрической энергии (источник питания), предназначен для преобразования электрической энергии стандартной сети в необходимую для функционирования двигателя (выпрямители, инверторы, трансформаторы и т. д.).

2 – электродвигатель.

3 – механическая передача.

4 – рабочий орган.

5 – система управления.

Классификация электропривода.

1. С точки зрения исполнительного двигателя:

а) На основе двигателя постоянного тока.

б) Переменного тока (синхронный, асинхронный).

в) Шаговые двигатели.

2. По способу механического движения:

а) Традиционный.

б) Линейный.

3. По способу организации электропривода.

а) Одиночный.

б) Групповой (трансмиссионный).

в) Многодвигательный.

МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Механическая часть электропривода передает механическую энергию от двигателя к производственной машине, где эта энергия реализуется в полезную работу. Конструктивное выполнение механической части электропривода может быть весьма различным. Тем не менее она содержит определенные звенья с общими для разных приводов функциями.

Двигатель Д как звено механической части привода представляет собой источник или потребитель механической энергии. В механическую часть привода входит лишь вращающийся элемент двигателя — его ротор (или якорь в машинах постоянного тока), который обладает определенным моментом инерции, может вращаться с некоторой скоростью и развивать движущий или тормозящий момент.

Преобразовательный механизм ПМ осуществляет преобразование движения в механической части электропривода. При помощи преобразовательного механизма может увеличиваться или уменьшаться скорость, изменяться вид движения, например осуществляться преобразование вращательного движения в поступательное и т. д. К преобразовательным механизмам относятся редукторы, винтовые, зубчато-реечные или ременные передачи, барабан с тросом, кривошипно-шатунный механизм и т. п. Преобразовательный механизм характеризуется коэффициентом передачи, представляющим собой отношение скорости на выходе к скорости на входе, механической инерционностью и упругостью его элементов, зазорами и трением в зацеплениях и сочленениях преобразователя.

Рабочий орган производственной машины РО реализует подведенную к нему механическую энергию в полезную работу. Чаще всего он является потребителем энергии. Эта функция рабочего органа характерна для механизмов, осуществляющих обработку материалов, подъем или перемещение грузов и т. п. При этом поток механической мощности направлен от двигателя к рабочему органу. Иногда рабочий орган может быть источником механической энергии. В этом случае он отдает механическую энергию, запасенную механизмом, например при подъеме груза, или поступившую в механизм извне, например при ветровой нагрузке на поверхность крана, земснаряда, зеркала антенного устройства. Поток механической мощности при этом направлен от рабочего органа к двигателю. Рабочий орган характеризуется определенной инерционностью, рабочим моментом при его вращательном движении или рабочим усилием при поступательном движении. В каждом конкретном механизме РО имеет свое конструктивное воплощение.

Передача механической энергии от вала двигателя к рабочему органу или обратно связана с потерями в механических звеньях. Причина потерь — трение в подшипниках, направляющих, зацеплениях и т. п. В механических звеньях, обладающих упругостью, возникают дополнительные потери, обусловленные вязким трением в деформируемых элементах. В результате этого поток мощности, проходя от источника к потребителю, постепенно уменьшается. Очевидно, что потери механической энергии покрываются источником энергии — двигателем при прямом потоке энергии и рабочим органом при обратном.

Работа, совершаемая двигателем или рабочим органом, определяется следующим образом:

при вращательном движении -

и при поступательном движении -

Механическая мощность определяется как производная работы по времени, т. е.

для вращательного движения -

и для поступательного движения -

В последних формулах F и М — сила и момент, Н и Н-м; ω и υ — угловая скорость и линейная скорость, рад/с и м/с.

Задача электропривода в конечном счете состоит в выполнении заданных по технологическим требованиям законов движения рабочего органа с максимальным приближением. При реализации этой задачи часто исходят из того, что закон движения ротора двигателя пропорционален указанному закону для рабочего органа. Однако при этом необходимо иметь в виду, что механические звенья могут вносить искажения в передаваемое движение. Эти искажения возникают вследствие наличия в механических звеньях инерционности, потерь энергии, вследствие зазоров и упругости элементов, образующих звенья. Однако часто это искажение несущественно, и в этих случаях с ним можно не считаться.