Урок 18

ВИКОНАВЧІ ПРИСТРОЇ

Електропривод

Електропривод — це сукупність виконавчого електричного двигуна і електронної системи керування цим двигуном. Електропривод призначений для приведення в рух робочих органів вер­статів, маніпуляторів роботів і робототехнічних комплексів. В елект­роприводі електрична енергія перетворюється у механічну енергію.

Таким чином, з одного боку виконавчий двигун електропри­воду є об'єктом керування з боку електронної системи, а з іншого боку — електропривід у цілому є виконавчим пристроєм у систе­мі автоматичного керування більш високого ступеня ієрархії, на­приклад, верстата з числовим програмним керуванням.

Як виконавчі двигуни в електроприводах використовуються двигуни постійного і змінного струму.

Двигуни постійного струму. Для електроприводу використо­вуються найчастіше двигуни постійного струму з незалежним збу­дженням.

Змінювати швидкість обертання двигуна можна такими способами:

□        змінюючи напругу живлення (якірне керування);

□        змінюючи магнітний потік (полюсне керування):

□        змінюючи опір у колі якоря двигуна.

Якірне керування має такі позитивні якості: висока лінійність і однозначність механічних і регулювальних характеристик; знач­на крутизна механічних характеристик; незначні втрати в обмотці якоря; незначна індуктивність кола керування (якоря), відповідно велика швидкодія; значний діапазон регулювання швидкості.

Недоліком керування швидкості обертання за допомогою змі­ни напруги є необхідність мати кероване джерело постійної на­пруги. Найпоширенішим способом створення такого джерела живлення є застосування широтно-імпульсної модуляції. Суть її полягає в тому, що для живлення двигуна використову­ється не постійна напруга, а імпульсна. Амплітуда і частота імпуль­сів стала, а тривалість імпульсів можна змінювати. Середнє зна­чення такої імпульсної напруги прямо пропорційне тривалості імпульсів. Внаслідок значної інерційності ротора, двигун реагує тільки на середнє значення напруги. Таким чином, змінюючи три­валість імпульсів, можна змінювати середнє значення напруги живлення, а, отже, керувати швидкістю обертання двигуна по­стійного струму. Для формування імпульсної напруги живлення зі змінною тривалістю імпульсів використовуються прилади си­лової електроніки: потужні транзистори і тиристори.

Основним недоліком двигунів постійного струму є наявність у них механічного комутатора секцій обмотки якоря, так званого колекторно-щіткового механізму. По-перше, для виготовлення колектора використовуються дорогі матеріали і виготовляється колектор за складною технологією. По-друге, під час роботи між колектором і щітками виникає іскріння, що створює завади у роботі електронних схем і унеможливлює застосування двигунів постій­ного струму у вибухонебезпечних виробництвах, наприклад, у хі­мічній і нафтогазовій промисловостях.

Асинхронні двигуни змінного струму. Перевагою асинхрон­них двигунів, порівняно з двигунами постійного струму, є проста технологія виготовлення, простота обслуговування, висока надій­ність, відсутність електричного зв'язку між статором і ротором, відсутність колекторно-щіткового механізму, отже і відсутність іскріння.

Для електроприводу можуть використовуватися двофазні і трифазні асинхронні двигуни.

Для приводів середньої і великої потужностей застосовується здебільшого частотне керування швидкістю обертання. Енергоза­безпечення здійснюється трифазними системами з незмінною час­тотою, тому для здійснення частотного керування асинхронних двигунів необхідно живити двигун від спеціального трифазного джерела змінної напруги, амплітудою і частотою якого можна керувати. Такі спеціальні керовані джерела живлення стало мож­ливим створювати із розробкою і масовим випуском силових на­півпровідникових приладів: транзисторів і тиристорів великої потужності.

Керування такими потужними напівпровідниковими прила­дами здійснюється за складними алгоритмами. Електронною про­мисловістю випускаються спеціально розроблені мікросхеми для керування силовою електронікою електроприводів.

Як виконавчі двигуни електроприводів малої потужності широко використовуються асинхронні двофазні двигуни з порож­нистим і короткозамкнутим ротором. Для таких двигунів засто­совують амплітудний, фазний і амплітудно-фазний спосіб керу­вання частотою обертання ротора.

Синхронні двигуни змінного струму. На відміну від асинх­ронних, у синхронних двигунах частота обертання ротора не за­лежить від навантаження, а визначається тільки частотою коли­вань напруги джерела живлення, тому синхронні двигуни доцільно застосовувати у приводах, які мають забезпечувати високу ста­більність частоти обертання у широкому діапазоні зміни наванта­ження.

Кроковий електродвигун. У кроковому електродвигуні ротор може знаходитися в одному з можливих стійких положень. Стій­кі положення розміщено рівномірно по колу. Кількість стійких положень ротора визначається конструкцією крокового електро­двигуна. Щоб перемістити ротор з одного стійкого положення у су­сіднє, в обмотку слід подати імпульс струму. Таким чином, обер­тання ротора можна розглядати як послідовний перехід рядом стійких положень. До позитивних властивостей крокових елект­родвигунів належить висока точність позиціонування, узгодже­ність з імпульсними і цифровими пристроями керування. Водно­час у крокових електродвигунів менший порівняно з двигунами неперервного типу рушійний момент, обмежена швидкість обер­тання, високий рівень вібрацій через стрибкоподібний рух.

4. Гідро- і пневмопривід

У гідро- і пневмоприводах енергія стисненого газу (здебільшого повітря) або рідини перетворюється в механічну енер­гію. Позитивними властивостями гідро- і пневмо приводів є великі зусилля, які вони розвивають, і здатність забезпечи­ти прямолінійний рух. За будовою гідро- і пневмоприводи поділяються на мембранні і поршневі. Якщо у камеру під мембраною (рис. 1) подати робочу речовину під тиском, то робочий шток, долаючи опір пружини і самої мембра­ни, переміщуватиметься у крайнє положення. аналогічним чином діє і поршневий привід. Якщо робочою речовиною заповнюють камери з обох боків від поршня, то поршень рухатиметься в той чи протилеж­ний бік, залежно від співвідношення тисків у камерах.

На практиці знайшли застосування двокаскадні поршневі приводи: один поршень (керівний) керує перерозподілом робочої речовини у камерах другого (робочого) поршня. Перерозподіл ро­бочої речовини в першому поршні (керівному) здійснюється за допомогою електромагнітного перетворювача.

Контрольні запитання:

1.      Що таке електропривід?

2.      Які двигуни використвуються в електроприводах?

3.      Розкажіть про гідро- і пневмоприводи.