Розділ 1. 2

Глава 1. Структура електромеханічних комплексів і систем

Основні поняття і визначення

Сучасне промислове виробництво характеризується використанням високопродуктивних технологічних машин і механізмів, оснащених електричним приводом і системами автоматичного управління. Практично всі промислові технології, засновані на механічному русі, електрифіковані, тобто використовують електричну енергію як енергетичну основу для виконання технологічних операцій і процесів. Слід також відзначити поширення електромеханічного використання електроенергії на сільськогосподарське виробництво та інші сфери, що визначають життєдіяльність людини: транспорт, медицину, побут і інші.

За даними економічно розвинених країн на електромеханічне перетворення енергії, тобто на електропривод, витрачається більше 65% вироблюваної електроенергії.

Насиченість технологічних машин і агрегатів електроустаткуванням і засобами автоматизації настільки велика, що за вартістю, складності, кваліфікації обслуговування електрична частина превалює над механічною. Досконалість електроприводу машин і агрегатів, ступінь їх автоматизації багато в чому визначають технічний рівень робочих машин в цілому.

Виходячи з цього, більшість сучасних робочих машин слід розглядати як електромеханічні системи. Розглянемо ряд прикладів.

Металоріжучий верстат з числовим програмним управлінням.

Верстат служить для автоматичної обробки деталей за заданою програмою з високою точністю. Якщо на верстаті за заданою програмою виконується кілька операцій, то така машина називається обробний центр. Верстат включає в себе блок головного руху, який здійснює різання металу, і один або кілька механізмів подач, які виробляють позиціонування деталі і точне рух ріжучого інструменту або виробу по технологічно необхідною програмою. В обробних центрах передбачається пристрій автоматичної зміни інструменту. Таким чином, сучасний металорізальний верстат (обробний центр) являє собою сукупність електромеханічних пристроїв, основу яких складають високоточні автоматизовані електроприводи. Робота цих електроприводів об'єднана єдиним технологічним завданням і управляється обчислювальним пристроєм - системою числового програмного керування (ЧПУ).

Слід мати на увазі, що швидкість різання, швидкість і точність позиціонування стають настільки високими, що ручне управління при виконанні необхідних операцій просто не може забезпечити необхідної якості обробки. Виходячи з цього, металорізальний верстат потрібно розглядати як автоматизовану електромеханічну систему.

Сучасними тенденціями розвитку верстатобудування є: перехід до блочно-модульному виконанню конструкцій, виключення механічних передач, підвищення швидкостей різання і переміщення. Реалізація цих тенденцій можлива лише на базі безредукторних електроприводів (високомоментних, високошвидкісних і лінійних) з харчуванням приводних електродвигунів від напівпровідникових перетворювачів частоти. З підвищенням швидкостей руху посилюються вимоги до систем автоматичного регулювання електроприводів, пов'язані з підвищенням статичної та динамічної точності заданих параметрів руху.

Звідси випливає, що вдосконалення металообробного обладнання є сьогодні завданням, перш за все електропріводческой. Те ж саме положення, можна віднести до складного обладнання, робототехнічних комплексів і іншим технологічним машинам, використовуваним в машинобудуванні, електроніці та інших галузях промисловості.

Другим прикладом автоматизованої електромеханічної системи можуть бути пасажирські ліфти - добре всім знайомі пристрої вертикального транспорту.

Робочим органом ліфта є кабіна, забезпечена автоматично відкриваються і закриваються дверима. Кабіна приводиться в рух електродвигуном через редуктор і канатну передачу. Система управління двигуном забезпечує відповідно до отриманого наказом (натискання кнопки в кабіні) або викликом (натискання кнопки виклику на поверсі) вибір напрямку руху, плавний пуск, рух зі сталою швидкістю, гальмування і точну зупинку на необхідному поверсі, після чого автоматично відкриваються і закриваються двері кабіни і ліфтової шахти.

Електродвигун з пристроями регулювання швидкості руху і положення кабіни, редуктор, канатоведучий шків, канатна передача, кабіна і противага складають головну електромеханічну систему ліфтової установки. Другий електромеханічної системою є пристрій відкриття і закриття дверей, що складається з електродвигуна, кінематичних і механічних ланок і системи управління дверима.

Ці електромеханічні системи в поєднанні із загальною системою автоматичного управління ліфтом, а при наявності декількох ліфтів також з системою оптимізації групової роботи утворюють автоматизований електромеханічний комплекс ліфта.

В якості третьої прикладу розглянемо електромеханічну систему побутового апарату - автоматичну пральну машину активаторного типу. Машина являє собою електромеханічний пристрій, що містить многоскоростной електродвигун обертання барабана, електронасос, електричні клапани і апаратуру програмного управління. Відповідно до встановленої програмою прання машина автоматично виробляє прання і віджимання білизни, налив і злив води. Робота різних електричних і механічних елементів функціонально об'єднана пристроєм програмного керування. Роботу окремих елементів можна розглядати окремо, так як всі разом вони утворюють автоматичну електромеханічну систему, що виконує єдину технологічну операцію.

Багато понять і пов'язана з ними термінологія змінюються в міру розвитку техніки. Раніше виготовлялася робоча машина, яка комплектувалася електродвигуном, пускателем, апаратами управління і захисту. У міру зростання ступеня автоматизації робочих машин, розширення їх функціональних можливостей з'явилася необхідність в більш складних електричних системах, які спеціально проектувалися для окремих видів промислових установок. З'явилося поняття «автоматизований електропривод». Сформувався науковий напрямок з електроприводу, яке вивчає загальні проблеми електромеханічного перетворення енергії, управління рухом робочих органів машин з електричним приводом, оптимізацію електричних і електромеханічних процесів за критеріями продуктивності, точності, технологічними параметрами і економічності.

Подальший розвиток техніки пов'язано з виключенням механічних передач, об'єднанням електромеханічних пристроїв з робочими органами машини. З'явилися інтегровані конструкції: Електрошпинделі, електронасос, мотор-колесо і інші. Введення електромеханічних пристроїв, а потім і локальних систем управління безпосередньо в конструкцію робочих машин істотно спростило останні, підвищило їх функціональні можливості і технічні характеристики. Були істотно підвищені вимоги до електроприводу, як по номінальним параметрам (висока швидкість обертання для високошвидкісних механізмів, великий момент для безредукторних приводів і інші), так і по керованості. Стало необхідним конструювати спільно як механічну, так і електричну частини робочих машин. З'явилося напрямок «мехатроніка», під яким розуміється створення інтегрованих конструкцій, функціонально закінчених модулів, що поєднують в собі механічні пристрої, електричний двигун з системою його регулювання та мікропроцесорний пристрій, що управляє.

У цьому посібнику розглядаються електромеханічні системи, службовці для приведення в дію робочих машин і для їх управління.

Електромеханічна система - це сукупність електричних двигунів, механічних кінематичних ланок, що передають рух від електродвигуна до робочого органу машини, напівпровідникових перетворювальних пристроїв, контактних електричних апаратів управління та захисту, безконтактних пристроїв управління, мікропроцесорів, - служить для приведення в дію робочих органів технологічної машини і управління рухом робочих органів відповідно до умов технологічного процесу.

Задає або програмний пристрій

Датчики електричних і механічних параметрів