Et elektrisk drev (forkortet som et elektrisk drev, EP) er et kontrolleret elektromekanisk system designet til at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi og omvendt og styre denne proces.
Et moderne elektrisk drev er en kombination af mange elektriske maskiner, enheder og deres styresystemer. Det er den største forbruger af elektrisk energi (op til 60 %) [1] og den vigtigste kilde til mekanisk energi i industrien.
I GOST R 50369-92 er et elektrisk drev defineret som et elektromekanisk system bestående af strømomformere , elektromekaniske og mekaniske omformere, kontrol- og informationsenheder og grænsefladeenheder med eksterne elektriske, mekaniske, kontrol- og informationssystemer, designet til at sætte gang i udøvende organer for en arbejdsmaskine og kontrol af denne bevægelse for at implementere den teknologiske proces [2] .
Som det fremgår af definitionen, indgår det udøvende organ ikke i drevet. Forfatterne af autoritative lærebøger [1] [3] inkluderer dog den udøvende organ i det elektriske drev. Denne modsigelse forklares af det faktum, at når man designer et elektrisk drev, er det nødvendigt at tage højde for størrelsen og arten af ændringen i den mekaniske belastning på motorakslen, som bestemmes af parametrene for det udøvende organ. Hvis det er umuligt at implementere et direkte drev, sætter elmotoren det udøvende organ i bevægelse gennem en kinematisk transmission. Effektivitet , gearforhold og pulsationer introduceret af den kinematiske transmission tages også i betragtning ved design af et elektrisk drev.
Funktionelle elementer:
Funktionelle dele:
Statiske egenskaber forstås oftest som elektromekaniske og mekaniske egenskaber.
Mekaniske egenskaberDen mekaniske karakteristik er afhængigheden af akslens rotationsvinkelhastighed af det elektromagnetiske moment M (eller af modstandsmomentet Mc ). Mekaniske egenskaber er et meget praktisk og nyttigt værktøj til analyse af statiske og dynamiske tilstande af det elektriske drev. [en]
Motorens elektromekaniske egenskaberDen elektromekaniske karakteristik er afhængigheden af akslens rotationsvinkelhastighed ω af strømmen I.
Den dynamiske karakteristik af det elektriske drev er forholdet mellem de øjeblikkelige værdier af de to koordinater for det elektriske drev for det samme tidspunkt i den transiente driftstilstand.
Efter antallet og tilslutningen af de udøvende, arbejdsorganer:
Efter type kontrol og kontrolopgave:
Alt efter bevægelsens karakter:
Ved tilstedeværelsen og arten af transmissionsenheden:
Efter type strøm:
I rækkefølge efter vigtighed af de udførte operationer:
Automatiserede elektriske drev er opdelt i yderligere to undergrupper - åbne og lukkede. Driften af et åbent drev er, at alle eksterne forstyrrelser (for elektriske drev er den mest karakteristiske af dem belastningsmomentet) påvirker udgangsvariablen for det elektriske drev, for eksempel dets hastighed. Med andre ord er et åbent sløjfe elektrisk drev ikke isoleret fra påvirkningen af eksterne forstyrrelser, hvis alle ændringer afspejles i dets ydeevne. I et åbent sløjfedrev kan der af denne grund ikke sikres et højt niveau af variabel kontrolkvalitet, selvom dette drev er karakteriseret ved et simpelt kredsløb.
Den største forskel mellem lukkede elektriske drev er deres generelle eller lokale fjernelse af virkningerne af eksterne forstyrrelser på den styrede variabel af det elektriske drev. Et eksempel er det faktum, at hastigheden af sådanne elektriske drev kan forblive praktisk talt uændret med mulige udsving i belastningsmomentet. På grund af denne omstændighed giver et lukket drev bedre kontrol over bevægelsen af de udøvende organer, selvom dets kredsløb er mere komplekse og ofte kræver brug af strømenergiomformere.
Elektrisk drev med lukket sløjfeEt elektrisk drev med lukket sløjfe kan bygges efter principperne for afbøjning ved hjælp af feedback eller ekstern forstyrrelseskompensation.
Vi kan overveje princippet om kompensation ved at bruge eksemplet på kompensation for den mest udtalte eksterne forstyrrelse af det elektriske drev - belastningsmomentet M c ved justering af dets hastighed (fig. a). et signal gives U M = k M M Q , proportional med belastningsmomentet M s . Som følge heraf styres EA'en af et totalt fejlsignal, som automatisk skifter i den rigtige retning med udsving i belastningsmomentet, hvilket sikrer, at EA-hastigheden holdes på et givet niveau ved hjælp af styresystemet.
På trods af sin høje effektivitet er elektriske drev i henhold til denne ordning ekstremt sjældne på grund af manglen på enkle og pålidelige sensorer for belastningsmomentet M c (forstyrrende indflydelse). I forbindelse med dette faktum bruger langt de fleste lukkede strukturer af elektriske drev feedback (afvigelse) princippet. Det er kendetegnet ved, at det har et feedback-kredsløb, der forbinder udgangen af et elektrisk drev til dets indgang, deraf navnet på lukkede kredsløb.
Alle typer tilbagekoblinger, der anvendes i lukkede elektriske drev, er opdelt i positive og negative, stive og fleksible, lineære og ikke-lineære.
Feedback kaldes positiv, hvor signalet rettes efter og lægges op til styresignalet, mens det negative tilslutningssignal rettes i den modsatte retning (minustegn i fig. b) Stiv feedback er kendetegnet ved, at denne forbindelsen fungerer som i steady state, og i den transiente tilstand af det elektriske drev. Det fleksible feedback-signal produceres kun i de transiente tilstande af det elektriske drev og bruges til at sikre den kvalitet, der kræves af det, som et eksempel på bevægelsesstabilitet, acceptabel overskridelse osv.
Lineær feedback er kendetegnet ved dets proportionale forhold mellem den kontrollerede koordinat og feedbacksignalet, mens denne sammenhæng i ikke-lineær feedback ikke vil være proportional.
For at kontrollere bevægelsen af aktuatorerne på betjente maskiner er det nogle gange nødvendigt at ændre flere variabler af det elektriske drev, for eksempel strøm, drejningsmoment og hastighed. I dette tilfælde oprettes lukkede drev i henhold til et af de følgende blokdiagrammer.
Elektrisk drev med fælles forstærkerKredsløbet med en fælles forstærker er vist i figuren til højre som et eksempel, dette kredsløb er et styrekredsløb for to motorvariable, hvor D er strømhastigheden I. Kredsløbet indeholder en effektomformer af elektricitet P, en styreenhed CU, en mekanisk transmission MP og strømsensorer DT, hastighed DS og strømbegrænsende enhed (strømafskæring) UTO. Dette kredsløb giver god motorydelse. Ved hastighedsintervallet 0 - С Oj , på grund af virkningen af strømfeedback (signal U), er motorens strøm og drejningsmoment begrænset, og karakteristikken har en sektion tæt på lodret. Ved hastighed Co > 0 0j afslutter UTO-knuden den aktuelle forbindelse, og på grund af tilstedeværelsen af hastighedsfeedback (OSS) (signal U OSS ), bliver motorkarakteristikken stivere, hvilket sikrer hastighedsregulering.
Et sæt feedbacks, hvis antal kan være fra to eller flere, i et kredsløb med en enkelt forstærker danner en slags modal controller, og variablerne kaldes drevets tilstandsvariable. Hovedopgaven for en modal controller kan anses for at give en given kvalitet af dynamiske processer i et elektrisk drev - hastighed, stabilitet og dæmpningsgrad af transienter. Dette opnås ved valget af arter og den tilsvarende undersøgelse af koefficienterne for feedback på variablerne af det elektriske drev. Det skal bemærkes, at summeringsforstærkersystemet hører til styresystemerne med den såkaldte parallelkorrektion.
Elektrisk drev med overvågningsenhedI komplekse systemer af elektriske drev, som i særlige tilfælde har forgrenede kinematiske kæder med elastiske elementer, kan sættet af kontrollerede variable være meget højt. Med dette faktum har målingen af nogle af dem nogle vanskeligheder af en eller anden grund. I sådanne tilfælde ty til brugen af såkaldte observationsanordninger (observatører).
Hoveddelen af observatøren er dannet af sæt modeller af elektriske drivforbindelser lavet på basis af operationsforstærkere eller elementer af mikroprocessorteknologi. Udgangssignalerne (spændingerne) af disse modeller, hvis parametre svarer til de virkelige dele af det elektriske drev, viser tætte værdier af variablerne.
Betjening med brug af en observatør ved hjælp af eksemplet med regulering af motorakslens rotationsvinkel forklares af blokdiagrammet i figur 6, hvor følgende betegnelser accepteres: D - motor, P - omformer, CU - styreenhed , MP - mekanisk transmission, NU - observationsanordning.
Det elektriske drev bruges til at styre det udøvende organs position φ io . Dette opnås ved passende regulering af rotationsvinklen φ af motorakslen, hvor det også er nødvendigt at regulere andre variabler - strøm I, drejningsmoment M og motorhastighed.
For at anvende det undersøgte styreprincip føres signalet til indstilling af omdrejningsvinklen fz til styreenheden CU og samtidigt til indgangen på overvågningsanordningen NU. Ved hjælp af modellerne af drivforbindelserne genererer NL-overvågningsenheden signaler, der er proportionale med strømmen, drejningsmomentet og hastigheden og sender dem til CU'ens styreenhed.
Det skal også bemærkes, at linkmodellerne ikke er i stand til at tage højde for alle reelle forstyrrelser, der påvirker det elektriske drev og den elektriske maskine, og ustabiliteten af EA-parametrene, NU-output til kontrolenheden ikke de nøjagtige udtryk for variablerne , men deres estimater, som er angivet på diagrammet med en stjerne "* ".
Elektrisk drev med slave koordinatsystemFor at øge nøjagtigheden af de resulterende estimater af tilstandsvariable kan korrigerende feedback på den kontrollerede variabel, vist ovenfor med en stiplet linje, anvendes. I dette tilfælde sammenlignes værdien af den udgangsstyrede variabel φ ved hjælp af feedback med dens estimat φ*, og først derefter, i fejlfunktionen (afsløret afvigelse) Δφ, korrigeres aflæsningerne af individuelle modeller.
Strukturen med underordnet styring af koordinater adskiller sig ved, at reguleringen af hver enkelt koordinat i denne struktur udføres af separate regulatorer - strøm RT og hastighed PC, som igen sammen med de tilsvarende tilbagemeldinger danner lukkede sløjfer. De er bygget på en sådan måde, at input-indstillingssignalet for den interne strømsløjfe U er udgangssignalet fra hastighedssløjfen uden for denne. Baseret på dette afhænger den interne strømsløjfe af den eksterne hastighedsløkke - det elektriske drevs hovedstyrede koordinat.
Den største fordel ved kredsløbet vist i figuren er evnen til effektivt at kontrollere styringen af hver variabel i både statiske og dynamiske tilstande, hvorfor det i øjeblikket er hovedapplikationen i det elektriske drev. Derudover tillader strømsløjfens afhængighed af hastighedssløjfen enkle metoder til at begrænse strømmen og drejningsmomentet, for hvilke det er nok at begrænse signalet ved udgangen af hastighedsregulatoren (det er også det aktuelle referencesignal) ved passende niveau
Driftskvaliteten af et moderne elektrisk drev bestemmes i høj grad af det korrekte valg af den anvendte elmotor , hvilket igen sikrer langsigtet pålidelig drift af det elektriske drev og høj effektivitet af teknologiske og produktionsprocesser i industri, transport, byggeri og andre områder.
Når du vælger en elektrisk motor til at drive produktionsmekanismen, er følgende anbefalinger vejledt:
Det korrekte valg af type, design og effekt af en elektrisk motor bestemmer ikke kun sikkerheden, pålideligheden og effektiviteten af driften og varigheden af motorens levetid, men også de tekniske og økonomiske indikatorer for hele det elektriske drev som helhed.