Классификация, структуры и состав электромашинных исполнительных механизмов

 

Классификация электромашинных ИМ. Электромашинные ИМ (электроприводы) можно классифицировать по различным признакам (рис. 1.2).

По роду тока электродвигателя. В ИМ постоянного тока применяются коллекторные и бесконтактные двигатели постоянного тока, в ИМ переменного тока - асинхронные и синхронные двигатели.

По характеру движения. Вращательные ИМ приводятся в движение вращающимися двигателями, прямоходные ИМ вращающимися двигателями с механическими преобразователями вращательного движения в возвратно-поступательное или непосредственно линейными двигателями. Каждый из этих ИМ может быть непрерывным или дискретным. В ИМ непрерывного действия в установившемся режиме подвижные части находятся в состоянии непрерывного движения, в дискретном - в состоянии дискретного (шагового) движения.

По степени управляемости. Нерегулируемый ИМ предназначен для приведения в действие РО объекта управления с одной рабочей скоростью; параметры ИМ (например скорость, момент и др.) изменяются только в результате возмущающих воздействий. Регулируемый ИМ может приводить в действие РО с изменяемой скоростью; параметры ИМ изменяются под воздействием управляющего устройства.

По степени автоматизации. Автоматизированным называется регулируемый ИМ с автоматическим регулированием параметров. К этому типу относятся программно-управляемые, следящие и адаптивные ИМ. В программно-управляемом ИМ управление движением РО осуществляется по закону, определенному заранее и заданному программой. Частным случаем таких ИМ можно считать позиционный ИМ, предназначенный для перемещения РО из одного фиксированного положения в другое. Следящий ИМ автоматически отрабатывает перемещение РО в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом. Адаптивный ИМ обладает способностью автоматически избирать структуру и (или) параметры системы управления при изменении условий работы объекта управления с целью выработки оптимального режима.

Автоматизированный ИМ в большинстве случаев является замкнутым, т.е. действующим на основе принципа обратной связи. Исключение составляет автоматизированный дискретный ИМ с шаговыми двигателями, который может быть разомкнутым. Неавтоматизированный ИМ имеет ручное управление.

В зависимости от типа ИМ и его конкретного назначения он может иметь различную структуру и состав технических средств.

Типовые структуры и оборудование электромашиниых ИМ. Обобщенная структурная схема автоматизированного электромашинного ИМ (электропривода) представлена на рис. 1.3.

 

 

Обязательным силовым блоком является электромеханический преобразователь энергии, состоящий из конструктивно объединенных или раздельных исполнительного двигателя ИД и механического передаточного устройства ПУ (например, редуктора, муфты).

Питание двигателя осуществляется в общем случае через силовой электрический преобразователь СП, который может представлять собой:

- транзисторный, тиристорный или магнитный усилитель мощности;

- полупроводниковый управляемый или неуправляемый выпрямитель или инвертор;

- полупроводниковый широтно-импульсный преобразователь;

- регулируемый или нерегулируемый силовой трансформатор;

- контактную коммутирующую аппаратуру - электромагнитные реле, пускатели, контакторы.

К несиловым блокам, обеспечивающим выполнение требуемых функций в зависимости от назначения и области применения исполнительного механизма, относятся устройство управления УУ и измерительно-преобразовательное устройство ИЛУ.

В устройство управления в общем случае входят:

блок автоматического управления БАУ, содержащий аналоговые или цифровые регуляторы;

- блок дистанционного управления коммутирующей аппаратурой БДУ;

- блок ручного механического управления БРУ регулирующим органом РО (дублер дистанционного);

- блок сигнализации БС. Измерительно-преобразовательное устройство ИПУ может иметь в своем

составе датчик тока двигателя ДТ, датчик скорости ДС и датчик текущего положения ДГТ исполнительного механизма. В состав ИПУ может также входить блок конечных положений БКП исполнительного механизма или регулирующего органа, состоящий из путевых и концевых выключателей, выдающих дискретный сигнал при достижении соответствующего конечного положения.

При разработке промышленных систем автоматизации и управления весьма широко применяются типовые конструкции, н частности типовые комплектные и унифицированные исполнительные устройства.

Комплектным исполнительным механизмом (электроприводом) принято называть комплект взаимосвязанного оборудования, которое предназначено для исполнительных устройств с некоторыми определенными функциями, объединяется общей электрической схемой и постанляется полностью (или в большей части) комплектно.

Комплектные ИМ, выпускаемые для металлообрабатывающих станков и установок с числовым программным управлением, обрабатывающих центров и промышленных роботов, имеют, как правило, н сиоем составе следующее типовое оборудование:

транзисторный или тиристорный силовой преобразователь, обеспечивающий однозонное якорное или днухчонпое с ослаблением магнитного поля управление двигателем постоянного тока или частотное управление трехфазным асинхронным

двигателем;

устройство согласования преобразователя с питающей сетью,

например трансформатор;

устройство управления преобразователем;

систему автоматического регулирования основных параметров ИМ;

отдельные блоки электрических измерений,защиты и

сигнализации;

исполнительный двигатель постоянного тока (коллекторный или бесконтактный) или трехфазный асинхронный со встроенным или пристраиваемым датчиком скорости (тахогенератором

электромашинного или фотоэлектрического типа), датчиком положения (вращающимся трансформатором, сельсином или фотоэлектрическим преобразователем) к} при необходимости,«электромагнитным тормозом;

• механическое передаточное устройство (преобразователь движения вращательного или вращательно-поступательного типа, муфта)., в виде отдельной конструкции или в виде единой конструкции с двигателем (мотор-редуктор).

Электрооборудование первых пяти групп выполняется обычно в виде комплекта устройств управления (шкафов, блоков, пультов), объединенных общей электрической схемой и обеспечивающих необходимое взаимодействие всех элементов исполнительного механизма. Этот комплект является, как правило, обязательной составной частью комплектного ИМ, а его выход -выходом силового электрического преобразователя.

В исполнительных механизмах узкого назначения или малой мощности электродвигатель и передаточное устройство входят непосредственно в комплект поставки, в остальных случаях заказываются отдельно.

Унифицированные электромашинные исполнительные механизмы, применяемые для перемещения регулирующих органов типа заслонок, задвижек, кранов и т.д. в химической промышленности, на топливных и водно-канализационных трубопроводах, в вентиляционных системах и силовой контактной электрокоммутирующей аппаратуре имеют, как правило в своем составе следующие блоки типовой структуры:

- комплект из однофазного или трехфазного асинхронного двигателя и передаточного устройства с вращательным или возвратно-поступательным выходным движением;

- силовой электрический блок в виде контактной или бесконтактной коммутирующей аппаратуры и, при необходимости, различных усилителей;

- устройство управления с блоками дистанционного и ручного управления, а также блоками сигнализации и защиты;

- измерительно-преобразовательное устройство с концевыми и путевыми выключателями и, при необходимости, резистивными, индуктивными и токовыми схемами измерения текущего положения и скорости.

Такие ИМ работают в основном в режиме позиционирования с нерегулируемой или регулируемой в узком диапазоне скоростью.

Требования к электромашинным исполнительным механизмам. Основные требования к большинству электромашинных ИМ можно сформулировать так:

минимальные габариты электродвигателя при высоких значениях вращающего момента и мощности;

значительные допустимые перегрузки привода в кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы;

широкий диапазон регулирования скорости;

высокая стабильность характеристик, в первую очередь силового преобразователя, датчиков скорости и положения (перемещения);

высокое быстродействие при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения;

высокое быстродействие при включении и сбросе нагрузки и при реверсе под нагрузкой;

высокая равномерность движения при различной нагрузке на всех скоростях^вплоть до самых малых;

удобство конструктивной установки двигателей и встройки силовых преобразователей и вспомогательных блоков управления в шкафы управления объектом в целом;

малые габаритные размеры и расход активных, особенно дефицитных, 'материалов;

высокая надежность и ремонтопригодность, существенная унификация узлов, простота наладки и эксплуатации;

малая стоимость и энергоемкость.

Очевидно, что совмещение всех перечисленных требований в одном устройстве принципиально невозможно. Поэтому при проектировании и применении исполнительных механизмов в каждом конкретном случае удовлетворение одних требований достигается в ущерб другим. Это значит, что при создании ИМ должна решаться задача оптимизации с конкретными ограничениями, вытекающими из общих требований.