Elektromekanotronik

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 9. oktober 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Elektromekanotronik (EMT)
Videnskaben
intelligent elektromekanik
Undersøgelsesemne	elektriske maskiner kombineret med elektroniske komponenter.
Oprindelsesperiode	80'erne af XX århundrede
Hovedretninger	Design af elektriske maskiner kombineret med elektroniske kontakter; Optimering af elektromekanotroniske omformere; Elektromagnetisk kompatibilitet af elektriske maskiner med elektriske omformere.
Hjælpe discipliner	Elektriske maskiner , Kraftelektronik , El-drev .
Forskningscentre	Problemlaboratorium for elektromekanotronik [[Chuvash State University\|CSU ]]; Videnskabeligt og pædagogisk center "Electromechanotronic teknologier til automatisering og energibesparelse" ISPU
Betydende videnskabsmænd	Yu. P. Koskin; M. V. Pronin; S. G. German-Galkin; D. A. But, A. K. Arakelyan, A. A. Afanasiev, Yu. S. Smirnov, V. I. Domrachev, S. K. Lebedev, A. R. Kolganov

Elektromekanotronik er en gren af videnskab og teknologi forbundet med udviklingen af teorien og teknologien for automatiske systemer til elektromekanisk energikonvertering, skabt af funktionel og konstruktiv kombination af elektromekaniske omformere med elektroniske komponenter [1] .

Professor MAI Men D. A. anså elektromekanotronik for at være en gren af elektromekanik , der opstod som et resultat af integrationen af elektromekanik og elektronik. [2] . Akademiker Glebov I. A. anerkendte elektromekanotronik som en uafhængig videnskabelig retning forbundet med syntesen af elektriske maskiner og halvlederenheder . [3]

En ny retning for elektromekanik, skabt af professor Koskin Yu.P., blev udviklet i værker af Pronin M.V. , Buta , Smirnov Yu.4][D.A. , Popova V. V. [6] og andre. Professorer fra Chuvash State University A. K. Arakelyan og A. A. Afanasiev har med succes arbejdet inden for det felt, der kaldes intellektuel elektromekanik eller elektromekanotronik i mange år . [7] [8]

Om udtrykket

Udtrykket "elektromechanotronik" blev dannet [9] ved at kombinere udtrykkene " elektromekanik " og " elektronik ". Et almindeligt udtrykselement i de komplekse ord "elektromekanik" og "elektromekanotronik" er ordet " mekanik ", som er skrevet i russisk transskription som "mekhan". Den engelske transskription bruger notationen "Electromechatronics" . Derfor, i publikationer på russisk, bruges sætningerne "elektromekatronik" og "elektromekatronik" som ækvivalente.

Udtrykket "elektromechanotronik" bruges til at betegne den gren af videnskab og teknologi, der er forbundet med elektronisering af tekniske anordninger, kaldet elektromekaniske omformere og betragtes som i elektromekanik . Elektronisering er kombinationen af elektromekaniske transducere med elektroniske instrumenter og enheder kaldet elektroniske komponenter . Elektroniske komponenter gør den elektromekaniske energiomsætning automatisk styret, hvilket giver en funktionel kombination af energi- og informationsprocesser.

Electromechanotronics er en videnskabelig og teknisk retning inden for elektriske mikromaskiner forbundet med skabelsen af intelligente elektriske maskiner, der kan tilpasse sig virkelige driftsforhold og ændre driftstilstande i henhold til et givet program. [6]

TUSUR- teamet af udviklere , ledet af professor Yu . , [12]

Historie

Konceptet "elektromechanotronik" blev først foreslået brugt af professor ved St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" Yu. P. Koskin i 1986. [13]

Den officielle anerkendelse af elektromekanotronik fandt sted i oktober 1987 på den første videnskabelige og tekniske konference i hele Unionen om elektromekanotronik [14] . Senere blev All-Union Scientific and Technical Seminar (1989) [15] og den anden videnskabelige og tekniske konference (1991) afholdt. [16] [17] 1. og 2. All-Union videnskabelige og tekniske konferencer om elektromekanotronik blev afholdt under ledelse af akademiker I. A. Glebov . [3]

I februar 1989 blev der inden for rammerne af All-Union Scientific and Technical Council afholdt et møde, hvor professorerne Bortsov Yu. A. ( LETI ), German-Galkin S. G. (LITMO), Ilyinsky N. F. (MPEI), Koskin Yu. P. (LETI), Sokolovsky G. G. (LETI), Yunkov M. G. (VNII Elektroprivod). Terminologien for elektromekanotronik og elektrisk drev blev diskuteret på mødet. Begreberne "elektromechanotronik", "elektromechanotronisk konverter" og "elektrisk drev" blev aftalt.

Fra februar 1989 til april 1992 arbejdede "Permanent seminar om elektromekanotronik" Forbedring af elektriske maskiner og konvertere baseret på brug af mikroprocessorteknologi" i Leningrad House of Scientific and Technical Propaganda (LDNTP).

I 1997 fandt den internationale konference om Electromechanotronics sted. [18] Konferencen blev overværet af sådanne udenlandske forskere som Sakae Yamamura (akademiker, professor ved University of Tokyo ), T.Wolbank ( Technological University, Wien ), A.Dell'Aquilla, E.Montarulli, P.Zanchetta (Polotechnico) di Bari, Italien ), C.Rasmunssen (Aalborg Universitet, Danmark), E.Ritchie (Instituttet for Energiteknologi, Danmark). Blandt de russiske videnskabsmænd var V. V. Khrushchev ( St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation ) , A. Yu (NIIIElektromash).

I 2010, i numre nr. 1 (21), del 2 og nr. 2 (22) af tidsskriftet "Reports of the Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics" i artiklerne af professor Yu. M. Osipov "On the Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics" udvikling af begrebet "mekatronik" og" multi-koordinat elektromekatroniske manipulatorer af teknologisk udstyr" underbyggede begrebet "elektromekatronik" som udviklingen af mekatronik på grundlag af "drivenheder", "kinematisk multi-koordinat kombinatorik" og "intelligent styring".

Den 30. november 2011 blev der afholdt et seminar [19] på LETI , hvor rapporten "Electromechanotronics and its connection with the electric drive and mekatronics" blev hørt. Diskussionen blev overværet af institutledere og professorer Tomasov V. S. (leder af afdelingen for elektroteknik og præcisionselektromekaniske systemer ET og PEMS, ITMO), Hollandtsev Yu. A. (leder af afdelingen for integrerede computerteknologier i industrien ICTP SPbSPU) , Kozyaruk A E. (leder af afdelingen for elektroteknik og elektromekanik ved St. Petersburg State University), Prokofiev G. I. (leder af afdelingen for robotteknologi og automatisering af industrielle systemer, LETI), Sokolovsky G. G. (LETI).[ betydningen af det faktum? ]

Grundlæggende begreber

En elektromekanotronisk konverter er et automatisk system til elektromekanisk energikonvertering, skabt ved en funktionel og konstruktiv kombination af en elektromekanisk konverter med elektroniske komponenter til konvertering af elparametre, kontrol, diagnostik og beskyttelse.

GOST R50369-92 definerer begrebet " elektrisk drev med en elektromekanotronisk konverter ": " Et elektrisk drev med en elektromekanotronisk konverter er et elektrisk drev, der indeholder en enhed, der kombinerer en elektromekanisk konverter med elektroniske kontrol-, diagnose- og beskyttelseskomponenter, der sikrer dens drift ."

I en elektromekanotronkonverter som et automatisk system kan to undersystemer skelnes fra funktionelle egenskaber:

Energidelsystem bygget på basis af elektroniske komponenter til energiformål
Informationsundersystem bygget ved hjælp af elektroniske komponenter til informationsformål

Energidelsystem er en del af en elektromekanotronisk konverter, der kombinerer en elektromekanisk konverter med elektroniske komponenter til energiformål og sikrer strømmen af elektromekaniske energikonverteringsprocesser, der opfylder formålet og specificeret udgangseffekt for elektromekanotronkonverteren.

Informationsundersystem er en del af en elektromekanotronisk konverter, der kombinerer kontrol-, diagnose- og beskyttelsesanordninger med elektroniske komponenter til informationsformål og sikrer strømmen af energiprocesser i henhold til en given lov med den nødvendige nøjagtighed.

Elektroniske komponenter til energiformål er enheder og enheder, der giver en ændring i parametrene for elektricitet, samt skiftende strømafbrydere i en elektromekano-mekanotron-konverter. Eksempler på elektroniske komponenter til energianvendelse: elektroniske enheder , ensrettere , invertere , frekvensomformere , switch-enheder .

Elektroniske komponenter til informationsformål - enheder og enheder, der giver modtagelse, lagring, konvertering og transmission af information i en elektromekanotronkonverter. Enheder af informationsundersystemer er dannet af elektroniske komponenter og andre enheder, der traditionelt anvendes i automatisering, automatiseret elektrisk drev , automatiske kontrolsystemer .
Eksempler på elektroniske komponenter til informationsformål: transistorforstærkere , pulsinformationsenheder, digital-til-analog og analog-til-digital-konvertere , mikroprocessorer , computere .

Blandt de generelle begreber for elektromekanotronik forbundet med den kombinerede brug af flere elektromekanotroniske omformere (to eller flere) er et elektromekanotronisk system og et elektromekanotronisk kompleks.

Electromechanotron-system - et sæt af funktionelt og strukturelt fælles elektromekaniske konvertere og elektroniske komponenter; Professor V. V. Popov giver følgende definition: "et elektromekanotronisk system er en elektromekanisk transducer, der er strukturelt integreret med komplekse elektroniske systemer." [6]

Elektromekanotronkompleks - et sæt elektromekanotronkonvertere , forenet af et fælles formål.

De overvejede begreber og definitioner er fælles for elektromekanotronik som en teknisk videnskab. Baseret på dem udvikles en bestemt terminologi under hensyntagen til det teknologiske område, hvor elektromekanotron-konvertere er skabt. Særlige begreber inden for elektromekanotronik tager hensyn til formålet samt funktions- og designtræk ved elektromekanotroniske omformere inden for elektroteknik, apparater og instrumentering, elektrisk kraft og elektriske drev, luftfart, robotteknologi mv.

Eksempler på elektromekanotroniske transducere

Kontaktløse DC-motorer (børsteløse DC-motorer);
Ventilmotorer (Permanent Magnet Synchronous Motor Drive);
Frekvensstyrede AC-motorer (system "frekvensomformer - asynkronmotor");
Berøringsfri exciters;
Dual feed maskiner med frekvensomformere, der anvendes i pumpelagerkraftværker ;
Synkrongenerator med digitalt excitationssystem ;
Elektriske maskiner til informationsmåleudstyr og automatisering (vinkel-til-kode-konverter)

På blokdiagrammet for en børsteløs motor som en elektromekanotron-konverter er informationsdelen (delsystemet) fremhævet med blåt, og energidelen er fremhævet med rødt.

UU - styreenhed
EEU - elektronisk kraftanordning
EMP - elektromekanisk konverter
D - rotorpositionssensor

I tilfælde af en børsteløs motor er styreenheden en koordinatomformer, hvis indgang modtager motorstyrespændingen (venstre pil) og information om den øjeblikkelige værdi af rotorrotationsvinklen (nederste pil). Som en elektronisk energienhed bruges en spændingsomformer (transistor eller tyristor) eller en lineær effektforstærker (transistor, kun til lav effekt). En elektromekanisk konverter i en børsteløs motor er en synkronmaskine, i dette tilfælde en trefaset. Rotorpositionssensoren kan være en sinus-cosinus vinkelsensor eller en encoder.

Tilslutning af elektromekanotronik med elektrisk drev og mekatronik

I henhold til graden af underordning eller gensidig afhængighed kan elektromekanotronik (EMT), elektrisk drev (ED) og mekatronik (MT) placeres i rækkefølgen af EMT EP MT. De tekniske enheder, der svarer til disse videnskaber, er placeret på samme måde: EMTP EP MM, hvor EMTP er en elektromekanotronisk konverter, EP er et elektrisk drev, MM er et mekatronisk modul. $\højre pil$ $\højre pil$
$\højre pil$ $\højre pil$

Ovenstående udsagn betyder, at elektromekatroniske omformere bruges som en del af et elektrisk drev, og et elektrisk drev kan til gengæld være en integreret del af et mekatronisk modul.

En elektromekanotronisk konverter (EMTP) består af en elektronisk strømforsyning (EED), en elektromekanisk konverter (statoren og rotoren er vist separat for at understrege hovedopgaven for EMTP - automatisk kontrol af omdannelsen af elektrisk energi til mekanisk energi og omvendt ), et informationsundersystem (IPS). EEU, stator og rotor i den elektromekaniske konverter (S EMF og R EMF) udgør energiundersystemet i den elektromekanotroniske konverter.

Informationsundersystemet (IPS) på basis af signaler fra det elektriske drevs styresystem og signaler fra energiundersystemet (det vil sige fra EEU og den elektromekaniske konverter) styrer koblingen af strømafbryderne i EEU.

I et bestemt tilfælde er der muligvis ikke en eksplicit adskillelse mellem IPS og SUEP, men i henhold til det funktionelle formål kan en sådan adskillelse altid etableres.

Teorien om et elektrisk drev adskiller sig fra teorien om elektromekanotroniske omformere primært ved, at den forbinder en elektromekanisk omformer såvel som en elektromekanotronisk omformer med en aktuator (IM), hvilket sikrer EMTP'ens funktion i IM'ens interesse, dvs. , kontrollere IM'ens bevægelse for at implementere den teknologiske proces.

Mekatronik som videnskab sikrer udviklingen af objekter i form af MM eller mekatroniske systemer, der kombinerer EMF, EMTP, EP og andre tekniske enheder i deres strukturelle skaller for at give computerstyret præcisionsbevægelse af et mekatronisk objekt.
Kombination af en EMTP-motor og en IM i et elektrisk drev eller MM, en EMTP-generator med en drivkraft i et generatorsæt og generatorenheder i et kraftværk, samt dannelsen af andre tekniske systemer baseret på en EMTP er synergistisk i fornemmelse af, at det fortolkes i mekatronik: alle de konstituerende elementer og noder i EMT, EP og MT komplementerer ikke bare hinanden, men kombineres på en sådan måde, at de dannede EMTP, EP, MM og mekatroniske systemer får kvalitativt nye egenskaber. Et elektrisk drev (ED), inklusive en elektromekanotronisk konverter (EMTP), en transmissionsmekanisme (PM), en aktuator (IM), et computerstyret elektrisk drevstyringssystem (SUEP), når de er funktionelt og konstruktivt kombineret, er en mekatronisk modul (MM).

Forskelle mellem elektromekanotronik og mekatronik

I en elektromekanotronisk konverter kombineres energiundersystemet (EPS) og informationsundersystemet (IPS) for at sikre omdannelsen af energi (elektrisk til mekanisk eller mekanisk til elektrisk) med den højest mulige effektivitet og pålidelighed [9] . I det mekatroniske modul kombineres energi- og informationsprocesser for at opnå et andet mål, nemlig implementeringen af en given lov til at kontrollere bevægelsen af en aktuator (AM) [20] .
I mekatronik skabes mekatroniske moduler og systemer, der implementerer den specificerede bevægelse og funktion af arbejdslegemer ved hjælp af pneumatiske, hydrauliske og elektriske drev, forbrændingsmotorer, gas- og dampturbiner, det vil sige maskiner af forskellig fysisk karakter, svarende til forskellige sektioner af mekanik [21] , [22] . I elektromekanotronik betragtes kun de enheder, der bruger bevægelsen af ledere og ferromagnetiske elementer i magnetiske og elektriske felter [2] med henblik på elektromekanisk energikonvertering og informationsindsamling.
Elektromekatroniske omformere og elektromekatroniske systemer kan bruges i mekatroniske moduler og systemer som komponenter [21] . Elektriske drev skabt på basis af elektromekanotroniske omformere bruges i mekatronik oftere end andre drev (pneumatiske eller hydrauliske drev).
Mekatroniske moduler og systemer omfatter arbejdslegemer (aktuatorer), elektromekatroniske omformere indeholder ikke arbejdslegemer.
Mekatronik antager, som sit hovedtræk, brugen af computerstyring [23] . I elektromekanotroniske omformere bruges alle kendte elektroniske enheder som elektroniske komponenter, men computere bruges som regel ikke.
Det er tilrådeligt at uddanne specialister i elektromekanotronik inden for rammerne af velkendte specialer: elektromekanik, elektrisk måleudstyr, elektriske apparater [9] . Uddannelsen af specialister i mekatronik [24]skal tilrettelægges under hensyntagen til den teknologigren, som de er uddannet til: robotteknologi, værktøjsmaskinebyggeri, fly, raket, skibsbygning osv.

Sammenligningskriterium	Elektromekanotronik	Mekatronik
Funktionalitet af konverter/modul	Elektromekanisk effektkonverteringskontrol for at optimere konverteren for nøjagtighed, effektivitet og pålidelighed	Implementering af en given bevægelseslov for aktuatoren med en given nøjagtighed
Konverterens/modulets struktur i forhold til at tænde aktuatoren	Den elektromekanotroniske konverter indeholder ikke en aktuator	Aktuatoren er inkluderet i strukturen af det mekatroniske modul
Gensidig underordning af den elektromekatroniske konverter og det mekatroniske modul	En elektromekatronisk konverter kan ikke indeholde et mekatronisk modul	Det mekatroniske modul kan bygges ved hjælp af en elektromekatronisk konverter. Men der er moduler bygget på basis af andre typer omformere (pneumatiske og hydrauliske drev)
Brug af computerstyring	Ikke	Ja
Specialiteter eller retningslinjer for uddannelse af specialister	Elektromekanik, Elektrisk måleudstyr, elektriske apparater	Robotter, værktøjsmaskiner mv.