Электропривод схема: Электропривод и его основные компоненты

Электропривод и его основные компоненты

Электрический привод, сокращенно электропривод – электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [1].

Функциональная схема электропривода, где ЭП – электрический преобразователь, ИУ – информационное устройство, ЭМП – электромеханический преобразователь (электродвигатель), МП – механический преобразователь, ИО – исполнительный орган.

Основные компоненты

Электродвигатель

Электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую.

Система управления электропривода

Совокупность управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения электропривода, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.

Механический преобразователь

Предназначен для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения.

• Вращательный
• Прямолинейный

• Поступательный
• Со сложным движением

Полезная информация

База знаний

Описание разных видов электромеханических преобразователей и электрических машин в частности. Ключевые даты истории создания электродвигателя.

Схемы управления электроприводами | Электротехника и электрооборудование

Страница 27 из 39

Электропривод машин, применяемых на строительстве или на предприятиях строительной индустрии, может быть ручным неавтоматизированным или автоматизированным.
Неавтоматизированным называют электропривод, управление которым при всех режимах работы производят аппаратами ручного управления.
Автоматизированным электроприводом называют такой, в котором управление переходными режимами — пуском, регулированием скорости, торможением, остановкой и т. п. — производят автоматически, после того, как подан первый командный импульс.
В настоящее время на строительных машинах широко применяют релейно-контакторное управление электроприводами, осуществляемое электромагнитными контакторами, реле и командоаппаратами.
Электрической схемой называют чертеж, показывающий функциональные, электрические, магнитные и другие связи между частями электрической установки. Объем и характер сведений, содержащихся в электрической схеме, определяются ее назначением.

Схемы электрических устройств трехфазного тока могут быть трехлинейными и однолинейными.  На трехлинейных схемах каждый провод вычерчивается отдельно, на однолинейных — три провода трехфазной проводки изображают одной линией. Иногда на проводах однолинейных схем делаются черточки, количество которых соответствует количеству проводов. Различают схемы первичной и вторичной коммутации. На схемах первичной коммутации показывают электрические машины и аппараты, шины и провода, т. е. элементы и электрические цепи электроустановки, по которым проходит поток передаваемой и распределяемой электроэнергии. На схемах вторичной коммутации показывают вспомогательные цепи: управления, сигнализации, измерения, защиты и т. п. Электрические схемы подразделяются на принципиальные и монтажные. 

Рис. 13.6. Элементная схема управления электродвигателя с помощью магнитного пускателя
Принципиальные схемы обычно выполняют однолинейными для указания основных принципиальных данных, характеризующих электроустановку: мощность электромашин, принятые способы управления ими, применяемые при этом приборы измерения и т. п.
Существенные особенности имеют принципиальные схемы вторичной коммутации, в частности схемы управления и сигнализации в устройствах автоматизированного электропривода машин и механизмов. Эти схемы выполняются в виде так называемых элементных или развернутых схем, в которых приборы и аппараты изображены не как единое целое, а разобранными на составные элементы; катушки электромагнитов, главные контакты, вспомогательные блок-контакты, кнопки управления и т. п. Каждый элемент показывают отдельно и ставят в ту электрическую цепь, в которой он действует. На рис. 13.6 приведена элементная схема управления электродвигателем при помощи магнитного пускателя.  Схема дана в двух вариантах: а — в совмещенном виде с показом силовых цепей и цепей управления и сигнализации; б — развернутая схема только цепей управления и сигнализации. Сложные схемы вторичной коммутации, как правило, изображают именно таким образом: все элементы располагают между двумя параллельными линиями, изображающими источник питания вторичных цепей, в данном случае две фазы трехфазной сети (могут быть также фаза и нуль четырехпроводной сети трехфазного тока или два полюса сети постоянного тока). В обозначениях на схеме все элементы одного аппарата имеют общую первую букву — на указанной схеме буква П — пускатель. На схеме рис. 13.6 кнопка «пуск» в положении «не включено», электродвигатель не работает, горит зеленая сигнальная лампа Лзел, питаемая через размыкающий в нормальном положении замкнутый контакт пускателя ПК2. При нажатии кнопки «пуск» замыкается цепь катушки электромагнита пускателя ПК, замыкаются главные контакты пускателя в цепи электродвигателя П — двигатель начинает работать, одновременно замыкается блок-контакт ПК1 и размыкается блок-контакт ПК2, в результате чего зеленая лампа гаснет, загорается красная, сигнализируя о том, что электродвигатель находится в работе. Кнопку «пуск» можно отпустить; она вернется в свое исходное положение, контакты ее разомкнутся, но ток в цепи управления будет по-прежнему проходить через катушку контактора, так как блок-контакт ПК1 теперь замкнут и создает обход цепи тока (принято говорить, что блок-контакт шунтирует кнопку «пуск»).
Для остановки электродвигателя достаточно нажать кнопку «стоп». Контакты ее разомкнутся, цепь тока, питающего катушку электромагнита контактора пускателя, разорвется, якорь электромагнита под действием пружины отойдет от сердечника, разрывая при этом главные контакты и блок-контакт. Электродвигатель останавливается. В случае перегрузки работающего электродвигателя тепловые реле 1РТ и 2РТ, нагреватели которых включены в силовую цепь электродвигателя, размыкают свои контакты 1РТК и 2РТК, включенные в цепь управления; контактор пускателя отключается, электродвигатель останавливается. В случае короткого замыкания в электродвигателе мгновенно сгорают плавкие вставки предохранителей, отключая двигатель от сети. Магнитный пускатель отключает также электродвигатель от сети при исчезновении напряжения или понижении его ниже 50—70% номинального (электромагнит контактора при этих условиях не может удержать якорь в притянутом к сердечнику положений). Так же читаются и более сложные развернутые схемы.

Монтажные электрические схемы предназначены для использования при изготовлении отдельных устройств, а также для наладки и эксплуатации электрических установок. Монтажные схемы показывают все электрические соединения между выводами отдельных аппаратов данного устройства, а также марку, сечения, способ прокладки проводов, которыми выполняются соединения. Внутренние соединения аппаратов, составляющих устройство, показываются при необходимости.
Основные положения правильного начертания полных принципиальных схем сводятся к следующему:
а) на схеме изображаются рабочие элементы всех аппаратов, входящих в нее;
Таблица 13.2
Некоторые условные обозначения в электрических схемах управления электроприводами
(выдержки из ГОСТ 2725—68, 2727—68, 2728—68, 2730—68, 2732—68)

Наименование	Обозначение по ГОСТу
1. Катушка индуктивности, дроссель без сердечника
2. Дроссель с ферромагнитным сердечником
8. Вентиль полупроводниковый
4. Сопротивление нерегулируемое
5. Сопротивление регулируемое
6. Сопротивление, регулируемое без разрыва цепи
7. Конденсатор нерегулируемый. Сопротивление емкостное нерегулируемое
8. Конденсатор регулируемый. Сопротивление емкостное регулируемое
9. Обмотка реле, контактора и магнитного пускателя. Общее обозначение

б) отдельные элементы различных аппаратов размещаются не в соответствии с их действительным (территориальным) размещением, а исключительно с точки зрения последовательности действия, наглядности схемы и удобства общей обозреваемости;
в) все элементы одного и того же аппарата обозначаются одинаковыми буквами и цифрами; для отличия разных элементов одного н того же аппарата вводятся различные графические символы;
г) все главные (силовые) цепи вычерчиваются толстыми линиями, а цепи вспомогательные — тонкими;
д) все элементы аппаратов, входящих в схему, изображаются в нормальном положении. Нормальным условно принято считать такое положение, при котором обмотки (катушки) аппаратов не обтекаются током.

В соответствии с этим, участвующие в схеме контакты делятся на замыкающие (з. к.), размыкающие (р. к.) и переключающие (п. к.). При разработке схемы следует учитывать, что при обтекании током обмотки какого-либо аппарата или реле все управляемые ими контакты изменяют свое положение.

В табл. 13.2 приведены основные наиболее часто применяемые условные обозначения элементов аппаратов. В обозначениях контактов условно принято, что при механическом и электрическом воздействии на аппарат (т. е. при переходе аппарата из нормального положения в рабочее) подвижные части контактов движутся сверху вниз или слева направо.
Дальше приводятся примеры схем неавтоматизированного и автоматизированного управления электроприводами строительных машин.
В системах неавтоматизированного электропривода переключения в цепях двигателей осуществляются с помощью аппаратуры ручного управления. Для этой цели используются рубильники, пакетные выключатели, воздушные автоматы, а также контроллеры и другие аппараты.
 Продолжение табл. 13.2

При повороте контроллера в направлении «вперед» замыканием контактов К I и К III соединяется провод Л1 с клеммой двигателя С3 и замыканием контактов KV и KVI — провод Л11 с зажимом С1. При повороте контроллера в направлении «назад» замыканием контактов ΚΙ и КН соединяются Л11 и 2С1 и замыканием KIV и KVI соединяются Л31 и С3. Отключение двигателя производится поворотом контроллера в нулевое положение. Двигатель останавливается также при разрыве цепи аварийного выключателя АВ или при наезде на один из конечных выключателей. При снижении напряжения линейный контактор отпадает и также отключается двигатель от сети (нулевая защита). Схема после этого может быть включена в работу лишь предварительным возвращением контроллера в нулевое положение (нулевая блокировка). Защита двигателя и цепей управления осуществлена плавкими предохранителями и максимальным реле.

Управление неавтоматизированным электроприводом с двигателями переменного и постоянного тока небольшой мощности часто ограничивается включением и отключением вручную пускового аппарата; для ограничения пусковых токов двигателей средней и большой мощности применяются реостаты, а для изменения скорости и направления вращения — контроллеры. Из способов управления такими электроприводами наиболее сложным является способ с применением контроллера.
Схема управления одиночным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью контроллера НТ-53 приведена на рис. 13.7.
В нулевом положении контроллера при замкнутом рубильнике Р кнопкой КР (пусковая кнопка) производится включение линейного контактора Л (создается вспомогательная цепь 11—12— 1—2—14—21). Затем кнопка КР может быть отпущена, и ток будет протекать по параллельной цепи 12—18—5—4— 2—14 —15—16— 21 или 11—18 —3—4 —2—14—15— 16—21. Если механизм не находится в одном из крайних предельных положений, то возможно движение двигателя в обоих направлениях; если же один из конечных выключателей (КВ или КН) разомкнут, то движение возможно лишь в одном направлении, так как при разомкнутом КВ разрывается цепь 18—5—4, а при разомкнутом КН — цепь 18—3—4.  

Рис. 13.7. Схема управления, асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с помощью контроллера НТ-53

Вся защитная аппаратура, а именно: линейный контактор Л, однополюсное максимальное электромагнитное реле РМО, предохраняющее привод от коротких замыканий, кнопка КР, рубильник Р и плавкие предохранители ПР1 и ПР2 — собраны на одной защитной панели. Параллельно двигателю может быть включен тормозной магнит или электрогидравлический толкатель. В некоторых случаях (тихоходные механизмы со скоростью ниже 30 м/мин) тормозные магниты могут отсутствовать.
В системах автоматического управления электроприводами выполняются весьма разнообразные операции. К основным функциям систем автоматического управления электроприводами можно отнести следующие: пуск электродвигателей в ход, регулирование скорости вращения, реверсирование, торможение и остановка электродвигателей; защита электродвигателей и приводимых ими механизмов от различного рода перегрузок и аварийных режимов; осуществление определенной последовательности операций; сигнализация состояния системы электропривода; автоматическая стабилизация скорости и других параметров электропривода; синхронизация движения отдельных элементов производственных механизмов.
К простейшим схемам автоматического управления электроприводами относятся управление ими с помощью магнитных пускателей. Схема управления асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с помощью нереверсивного магнитного пускателя приведена на рис. 12.13 и там же приведено описание его действия.
На рис. 12.14 представлена схема управления электродвигателем при помощи реверсивного магнитного пускателя.
Более сложные схемы автоматизированного электропривода строятся на основе принципов управления электродвигателями; в функциях времени, скорости, тока, пути. Причем в зависимости от принятого принципа выбирают соответствующие схемы и аппараты. Как пример, приводим на рис. 13.8 схему управления электродвигателем с фазным ротором в функции тока. Схемой не предусматривается реверсирования и электрического торможения. Настройка реле ускорения 1РУ, 2РУ и ЗРУ производится таким образом, чтобы токи, при которых соответствующие реле отключаются, удовлетворяли неравенству
Для пуска электродвигателя нажимается кнопка «пуск», вследствие чего включается контактор КЛ, который подает питание на статор электродвигателя, своим замыкающим блок-контактом (з. б. к.) КЛ он шунтирует пусковую кнопку.
Через з. б. к. КЛ получает питание реле РБ, контакты которого, замыкаясь, подсоединяют к сети цепь катушек контакторов ускорения. Однако контакторы ускорения при этом не включаются немедленно, так как размыкающий контакт (р. к.) 1РУ будет открыт до тех пор, пока пусковой ток в роторной цепи не снизится до величины, соответствующей уставке реле 1РУ. После того как контакт 1РУ закроется, сработает контактор ускорения 1У и зашунтирует своими силовыми контактами первую ступень сопротивления в роторной цепи. Аналогично будет работать реле ускорения 2РУ и ЗРУ при меньших уставках тока и соответственно включатся контакторы ускорения 2У и ЗУ, которые выведут вторую и третью ступени сопротивления в роторной цепи, после чего двигатель начнет работать с полной скоростью (естественная характеристика).
тактов реле ускорения, возможной при значениях токов в катушках реле, близких к токам уставок.

Рис. 13.8. Схема управления асинхронным двигателем с контактными кольцами в функции тока

Рис. 13.9. Схема управления асинхронным двигателем с динамическим торможением
В рассматриваемой схеме предусмотрено шунтирование р. к. реле ускорения блок-контактами 1У, 2У, 3У во избежание вибрации, необходимой для того, чтобы ток в роторной цепи достиг значения, при котором реле ускорения открыли бы свои р. к.

На рис. 13.9 приведена схема автоматического управления асинхронным электродвигателем с динамическим торможением.
Динамическое торможение электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется включением обмотки статора двигателя в сеть постоянного тока: при этом магнитный поток, создаваемый постоянным током, взаимодействуя с током ротора, создает тормозной момент. Для этого замыкают рубильники (см. схему). Кнопкой «пуск» подается напряжение на катушку контактора КЛ, и электродвигатель включается в сеть; при этом з. б. к. КЛ замыкает цепь питания катушки реле времени РВ, присоединяя ее к сети постоянного тока.
При включении катушки реле РВ з. к. РВ мгновенно замыкаются в цепи катушки К, но включению контактора К препятствуют разомкнутые р. б. к. КЛ.
Торможение двигателя Д начинается после отключения последнего нажатием кнопки «стоп». При этом: а) катушка КЛ теряет питание и р. к. КЛ замыкается, включая катушку контактора торможения К’, б) катушка реле РВ обесточивается из-за размыкания з. б. к. КЛ и з. к. РВ размыкается с выдержкой времени, по истечении которого происходит автоматическое отключение электродвигателя от сети постоянного тока.
Включению контактора КЛ во время торможения препятствует р. к. К, установленные в цепи питания катушки КЛ.
Сопротивление rт предназначается для ограничения тока намагничивания.
Для торможения электродвигателей в некоторых случаях используется механический колодочный тормоз, управляемый электромагнитом.
Электромагнит получает питание одновременно с двигателем; усилие притяжения якоря преодолевает силу сопротивления пружины тормоза и освобождает колодки, сжимающие шкив двигателя. При отключении электродвигателя катушка электромагнита также обесточивается и тормоз под действием пружины, освобождаемой при опускании якоря, способствует остановке двигателя.
Дистанционное автоматизированное управление сложными электроприводами, в том числе приводами по системе Г-Д (генератор-двигатель, см. § 8.7), применяемыми в механизмах крупных строительных машин, осуществляется с помощью комплектных устройств, называемых станциями управления. Такая станция состоит из отдельных аппаратов управления и защиты: контакторов, автоматов, реле, плавких предохранителей, сопротивлений и др., смонтированных на изоляционных плитах и электрически связанных между собой по той или иной схеме. Станции управления (прежнее название — магнитные станции) поставляются промышленностью в готовом смонтированном виде. Для переключения цепей контакторов станций управления служат или специальные контроллеры облегченного типа, называемые командоконтроллерами, или другие командные аппараты (например, кнопки управления). Комплект из станции управления и командоконтроллера к ней носит название магнитного контроллера.
На рис. 13.10 в качестве примера приведена упрощенная принципиальная схема контакторного управления (регулирования скорости) электропривода по системе Г-Д. Для увеличения напряжения, подаваемого генератором к двигателю, служат контакты КЗ и К4 в цепи обмотки возбуждения (ОВГ) генератора (при их замыкании напряжение и вместе с ним скорость вращения двигателя увеличиваются). Дополнительное регулирование скорости двигателя может производиться c помощью контактов К1 и К2 в цепи возбуждения его обмотки. Изменение направления вращения двигателя достигается изменением направления напряжения генератора переключением контактов IB, 2В (вперед) и 1Н и 2И (назад).
Следует отметить, что электропривод по системе ГД c каждым годом все больше вытесняется такой системой привода, где регулируемое в широких пределах напряжение постоянного тока получается не от машинных преобразователей (двигатель-генераторов), а от управляемых выпрямителей (см. § 11.8). Если для этих целей используется Ионный выпрямитель — на тиратронах или управляемый ртутный, —

то электропривод называют ионным; если же применяется полупроводниковый выпрямитель — на управляемых кремниевых вентилях — тиристорах, то привод называют тиристорным.
В строительстве в последние годы начали применять тиристорный электропривод для механизмов крупных машин. Такой привод по сравнению с приводом по системе Г-Д имеет меньшие размеры и вес. Кремниевые вентили — тиристоры весьма надежны в эксплуатации и не требуют особого ухода. Недостатком тиристорного привода является пониженный коэффициент мощности (cos φ).

Рис. 13.10. Схема системы Г-Д с контакторным управлением
Рис. 13.11. Упрощенная схема тиристорного электропривода

На рис. 13.11 приведена упрощенная принципиальная схема ти· ристорного электропривода. Тиристорный выпрямитель показан работающим по трехфазной «нулевой» (с нулевым выводом) схеме. Между выпрямителем и электродвигателем включен дроссель (для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения).
Управление напряжением на электродвигателе осуществляется специальным устройством, обозначенным на схеме буквами АУ, которое подает напряжение на управляемый электрод, как это указано в § 9.11.

Электропривод ГЗ-OФ(М).150/22М

Электропривод ГЗ-OФ(М).150 применяется для управления запорной промышленной арматурой, имеющей четвертьоборотный запорный орган и устанавливаются в помещениях, под навесом, и на открытом воздухе. Электропривод может работать в системах автоматического регулирования технологическими процессами. Установочное положение привода – любое.

Электроприводы рассчитаны для работы кратковременном режиме S2 по ГОСТ 183-74 с продолжительностью включения 15 мин., ч частотой включений до 60 раз в час, а также для работы в режиме автоматического регулирования не более 600 включений в час.

Питание электропривода осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В или 380 В по 3-х фазной схеме, частотой 50 Гц, в зависимости от установленного в нем электродвигателя.

Электропривод позволяет осуществлять:

• Закрытие и открытие затвора арматуры, как дистанционно, с диспетчерского пульта управления, так и в ручном режиме, с помощью маховика при отсутствии электрического питания;
• Автоматическое отключение электродвигателя ограничителем хода выходного вала электропривода при достижении затвором арматуры крайних положений;
• Автоматическое отключение электродвигателя двухсторонней муфтой ограничения крутящего момента, при достижении величины установленного крутящего момента на выходном валу электропривода в положениях ЗАКРЫТО, ОТКРЫТО или при аварийной остановке затвора арматуры в процессе работы на закрытие или открытие (только для ГЗ-ОФ(М))
• Защиту электродвигателя от перегрева при перегрузках (тепловое реле).

Пример условного обозначения четвертьоборотного электропривода ГЗ-ОФ(М) с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента с максимальным крутящим моментом на выходном валу – 300 Нм, со временем поворота выходного вала на 90 градусов – 28 с, климатического исполнения У1, с 3-х фазным электродвигателем 380 В, частотой 50 Гц: Электропривод ГЗ-ОФ-300/28М.У1 3х380В ТУ 3791-001-96569271-2006

Технические характеристики электропривода

Область применения	Приводные исполнительные механизмы позволяют надежно управлять работой дисковых затворов, шаровых кранов и другой арматуры с углом поворота рабочего органа на 90°±10°
Вращающий момент	25 – 600 Н·м
Параметры электросети	В зависимости от комплектации: – 220 В переменного тока / 1 фаза / 50 Гц – 380 В переменного тока / 3 фазы / 50 Гц – 24 В постоянного тока – опция
Дизайн	Серии ГЗ-ОФ(М) и ГЗ-ОФ(К) отличаются современным дизайном и компактной конструкцией благодаря упрощенному механизму редуктора и алюминиевому корпусу.
Водонепроницаемость	Для водонепроницаемости по IP67 используются резиновые герметизирующие кольца во всех стыках (по запросу IP68).
Бесшумность	Двухступенчатая червячная передача и червячный привод обеспечивают бесшумную и ровную работу приводов серий ГЗ-ОФ(М), ГЗ-ОФ(К).
Удобство и простота использования	Ряд уникальных конструкторских решений делает приводы серий ГЗ-ОФ(М) и ГЗ-ОФ(К) удобными в управлении и эксплуатации.

 

Схема электропривода

 

• 1) Индикатор положения
• 2) Блок концевых выключателей
• 3) Ограничитель крутящего момента
• 4) Червячный вал
• 5) Ведущая шестерня червячного вала
• 6) Муфта переключателя управления
• 7) Электродвигатель
• 8) Маховик

Основные параметры электроприводов серии ГЗ-ОФ(М)

Обозначение ГЗ-ОФ(М)	Вых-й крутящий момент	Время поворота	Макс. диаметр штока	Мощность двигателя, Вт		Ном-й ток двигателя, А		Передаточное число ручной передачи	Вес
	Н*м	сек / 900	мм	1 фаза 220 В	3 фазы 380 В	1 фаза 220 В	3 фазы 380 В		кг
I группа
70/5.5М	70	5.5	Ø 22	60	30	0.7	0.26	15	10
110/11М	110	11
150/22М	150	22
II группа
120/7М	120	7	Ø 35	90	60	1.1	0.4	16	14
200/14М	200	14
300/28М	300	28
III группа
200/7М	200	7	Ø 42	150	90	1.8	0.8	14	22
400/14М	400	14
600/28М	600	28

 

Схема подключения электропривода ГЗ-ОФ(К), ГЗ-ОФ(М) к сети 220 В, 50  Гц.

Обозначение

• 1. Внутренние соединения показаны внутри пунктирной линии, внешние соединения приведены для справочных целей.
• 2. Красным цветом обозначены дополнительные элементы, входящие в состав электропривода ГЗ-ОФ(М).

М	Электродвигатель
1КВО	Конечный микровыключатель ОТКРЫТО
1КВЗ	Конечный микровыключатель ЗАКРЫТО
2КВО	Микровыключатель указателя положения ОТКРЫТО
2КВЗ	Микровыключатель указателя положения ЗАКРЫТО
1ВМО	Муфтовый микровыключатель открытия
1ВМЗ	Муфтовый микровыключатель закрытия
ЛО	Сигнальная лампа ОТКРЫТО
ЛЗ	Сигнальная лампа ЗАКРЫТО
П	Трехпозиционный переключатель
ПО	Команда ОТКРЫТЬ
ПЗ	Команда ЗАКРЫТЬ
ПС	Команда СТОП
Н	Нагревательный элемент
С	Конденсатор
F	Предохранитель
ТС	Термореле электродвигателя

 

Схема подключения электропривода ГЗ-ОФ(К), ГЗ-ОФ(М) к сети 3 х 380 В, 50 Гц

Обозначение

• 1.Внутренние соединения показаны внутри пунктирной линии, внешние соединения приведены для справочных целей.
• 2. Красным цветом обозначены дополнительные элементы, входящие в состав электропривода ГЗ-ОФ(М).

М	Электродвигатель
1КВО	Конечный микровыключатель ОТКРЫТО
1КВЗ	Конечный микровыключатель ЗАКРЫТО
2КВО	Микровыключатель указателя положения ОТКРЫТО
2КВЗ	Микровыключатель указателя положения ЗАКРЫТО
1ВМО	Муфтовый микровыключатель открытия
1ВМЗ	Муфтовый микровыключатель закрытия
МО	Магнитный пускатель открытия
МЗ	Магнитный пускатель закрытия
ЛО	Сигнальная лампа ОТКРЫТО
ЛЗ	Сигнальная лампа ЗАКРЫТО
КО	Кнопка управления “Открыть”
КЗ	Кнопка управления “Закрыть”
КС	Кнопка управления “Стоп”
Н	Нагревательный элемент
F	Предохранитель
БТ	Блок тепловой защиты
ТС	Термореле электродвигателя

 

Электропривод ГЗ-OФ(М).200/14М

Электропривод ГЗ-OФ(М).200/14М применяется для управления запорной промышленной арматурой, имеющей четвертьоборотный запорный орган и устанавливаются в помещениях, под навесом, и на открытом воздухе. Электропривод может работать в системах автоматического регулирования технологическими процессами. Установочное положение привода – любое.

Электроприводы рассчитаны для работы кратковременном режиме S2 по ГОСТ 183-74 с продолжительностью включения 15 мин., ч частотой включений до 60 раз в час, а также для работы в режиме автоматического регулирования не более 600 включений в час.

Питание электропривода осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В или 380 В по 3-х фазной схеме, частотой 50 Гц, в зависимости от установленного в нем электродвигателя.

Электропривод позволяет осуществлять:

• Закрытие и открытие затвора арматуры, как дистанционно, с диспетчерского пульта управления, так и в ручном режиме, с помощью маховика при отсутствии электрического питания;
• Автоматическое отключение электродвигателя ограничителем хода выходного вала электропривода при достижении затвором арматуры крайних положений;
• Автоматическое отключение электродвигателя двухсторонней муфтой ограничения крутящего момента, при достижении величины установленного крутящего момента на выходном валу электропривода в положениях ЗАКРЫТО, ОТКРЫТО или при аварийной остановке затвора арматуры в процессе работы на закрытие или открытие (только для ГЗ-ОФ(М))
• Защиту электродвигателя от перегрева при перегрузках (тепловое реле).

Пример условного обозначения четвертьоборотного электропривода ГЗ-ОФ(М) с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента с максимальным крутящим моментом на выходном валу – 300 Нм, со временем поворота выходного вала на 90 градусов – 28 с, климатического исполнения У1, с 3-х фазным электродвигателем 380 В, частотой 50 Гц: Электропривод ГЗ-ОФ-300/28М.У1 3х380В ТУ 3791-001-96569271-2006

Технические характеристики электропривода

Область применения	Приводные исполнительные механизмы позволяют надежно управлять работой дисковых затворов, шаровых кранов и другой арматуры с углом поворота рабочего органа на 90°±10°
Вращающий момент	25 – 600 Н·м
Параметры электросети	В зависимости от комплектации: – 220 В переменного тока / 1 фаза / 50 Гц – 380 В переменного тока / 3 фазы / 50 Гц – 24 В постоянного тока – опция
Дизайн	Серии ГЗ-ОФ(М) и ГЗ-ОФ(К) отличаются современным дизайном и компактной конструкцией благодаря упрощенному механизму редуктора и алюминиевому корпусу.
Водонепроницаемость	Для водонепроницаемости по IP67 используются резиновые герметизирующие кольца во всех стыках (по запросу IP68).
Бесшумность	Двухступенчатая червячная передача и червячный привод обеспечивают бесшумную и ровную работу приводов серий ГЗ-ОФ(М), ГЗ-ОФ(К).
Удобство и простота использования	Ряд уникальных конструкторских решений делает приводы серий ГЗ-ОФ(М) и ГЗ-ОФ(К) удобными в управлении и эксплуатации.

 

Схема электропривода

 

• 1) Индикатор положения
• 2) Блок концевых выключателей
• 3) Ограничитель крутящего момента
• 4) Червячный вал
• 5) Ведущая шестерня червячного вала
• 6) Муфта переключателя управления
• 7) Электродвигатель
• 8) Маховик

Основные параметры электроприводов серии ГЗ-ОФ(М)

Обозначение ГЗ-ОФ(М)	Вых-й крутящий момент	Время поворота	Макс. диаметр штока	Мощность двигателя, Вт		Ном-й ток двигателя, А		Передаточное число ручной передачи	Вес
	Н*м	сек / 900	мм	1 фаза 220 В	3 фазы 380 В	1 фаза 220 В	3 фазы 380 В		кг
I группа
70/5.5М	70	5.5	Ø 22	60	30	0.7	0.26	15	10
110/11М	110	11
150/22М	150	22
II группа
120/7М	120	7	Ø 35	90	60	1.1	0.4	16	14
200/14М	200	14
300/28М	300	28
III группа
200/7М	200	7	Ø 42	150	90	1.8	0.8	14	22
400/14М	400	14
600/28М	600	28

 

Схема подключения электропривода ГЗ-ОФ(К), ГЗ-ОФ(М) к сети 220 В, 50  Гц.

Обозначение

• 1. Внутренние соединения показаны внутри пунктирной линии, внешние соединения приведены для справочных целей.
• 2. Красным цветом обозначены дополнительные элементы, входящие в состав электропривода ГЗ-ОФ(М).

М	Электродвигатель
1КВО	Конечный микровыключатель ОТКРЫТО
1КВЗ	Конечный микровыключатель ЗАКРЫТО
2КВО	Микровыключатель указателя положения ОТКРЫТО
2КВЗ	Микровыключатель указателя положения ЗАКРЫТО
1ВМО	Муфтовый микровыключатель открытия
1ВМЗ	Муфтовый микровыключатель закрытия
ЛО	Сигнальная лампа ОТКРЫТО
ЛЗ	Сигнальная лампа ЗАКРЫТО
П	Трехпозиционный переключатель
ПО	Команда ОТКРЫТЬ
ПЗ	Команда ЗАКРЫТЬ
ПС	Команда СТОП
Н	Нагревательный элемент
С	Конденсатор
F	Предохранитель
ТС	Термореле электродвигателя

 

Схема подключения электропривода ГЗ-ОФ(К), ГЗ-ОФ(М) к сети 3 х 380 В, 50 Гц

Обозначение

• 1.Внутренние соединения показаны внутри пунктирной линии, внешние соединения приведены для справочных целей.
• 2. Красным цветом обозначены дополнительные элементы, входящие в состав электропривода ГЗ-ОФ(М).

М	Электродвигатель
1КВО	Конечный микровыключатель ОТКРЫТО
1КВЗ	Конечный микровыключатель ЗАКРЫТО
2КВО	Микровыключатель указателя положения ОТКРЫТО
2КВЗ	Микровыключатель указателя положения ЗАКРЫТО
1ВМО	Муфтовый микровыключатель открытия
1ВМЗ	Муфтовый микровыключатель закрытия
МО	Магнитный пускатель открытия
МЗ	Магнитный пускатель закрытия
ЛО	Сигнальная лампа ОТКРЫТО
ЛЗ	Сигнальная лампа ЗАКРЫТО
КО	Кнопка управления “Открыть”
КЗ	Кнопка управления “Закрыть”
КС	Кнопка управления “Стоп”
Н	Нагревательный элемент
F	Предохранитель
БТ	Блок тепловой защиты
ТС	Термореле электродвигателя

 

Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.

1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Функциональные компоненты

• Р – регулятор служит для управления электроприводом.
• ЭП – электрический преобразователь служит для преобразования электроэнергии в регулируемую величину напряжения.
• ЭМП – электромеханический преобразователь электричества в механическую энергию.
• МП – механический преобразователь способен изменять быстродействие и характер движения двигателя.
• Упр – управляющее действие.
• ИО – исполнительный орган.

Функциональные части

• Электропривод.
• Механическая часть.
• Система управления.

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода

• Статические. Механическая и электромеханическая характеристика.
• Механические. Это зависимость скорости вращения от момента сопротивления. При анализе динамических режимов механические характеристики полезны и удобны.
• Электромеханические. Это зависимость скорости вращения от тока.
• Динамические. Это зависимость координат электропривода в определенный момент времени при переходном режиме.

Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:

• Вращательные.
• Поступательные.
• Реверсивные.
• Возвратно-поступательные.

По принципу регулирования:

• Нерегулируемый.
• Регулируемый.
• Следящий.
• Программно управляемый.
• Адаптивный. Автоматически создает оптимальный режим при изменении условий.
• Позиционный.

По виду передаточного устройства:

• Редукторный.
• Безредукторный.
• Электрогидравлический.
• Магнитогидродинамический.

По виду преобразовательного устройства:

• Вентильный. Преобразователем является транзистор или тиристор.
• Выпрямитель-двигатель. Преобразователем является выпрямитель напряжения.
• Частотный преобразователь-двигатель. Преобразователем является регулируемый частотник.
• Генератор-двигатель.
• Магнитный усилитель-двигатель.

По методу передачи энергии:

• Групповой. От одного мотора через трансмиссию приводятся в движение другие исполнительные органы рабочих машин. В таком приводе очень сложное устройство кинематической цепи. Электрические приводы такого вида являются неэкономичными из-за их сложной эксплуатации и автоматизации. Поэтому такой привод сегодня не нашел широкого применения.
• Индивидуальный. Он характерен наличием у каждого исполнительного органа отдельного электродвигателя. Такой привод является одним из основных на сегодняшний день, так как кинематическая передача имеет простое устройство, улучшены условия техобслуживания и автоматизации. Индивидуальный привод нашел популярность в современных механизмах: сложных станках, роботах-манипуляторах, подъемных машинах.
• Взаимосвязанный. Такой привод имеет несколько связанных электроприводов. При их функционировании поддерживается соотношение скоростей и нагрузок, а также положение органов машин. Взаимосвязанные электрические приводы необходимы по соображениям технологии и устройству. Для примера можно назвать привод ленточного конвейера, механизма поворота экскаватора, или шестерни винтового пресса большой мощности. Для постоянного соотношения скоростей без механической связи применяется схема электрической связи нескольких двигателей. Такая схема получила название схемы электрического вала. Такой привод используется в сложных станках, устройствах разводных мостов.

По уровню автоматизации:

• Автоматизированные.
• Неавтоматизированные.
• Автоматические.

По роду тока:

• Постоянного тока.
• Переменного тока.

По важности операций:

• Главный привод.
• Вспомогательный привод.

Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:

• Требованиям технологического процесса выбирают двигатель с соответствующими характеристиками, конструктивного исполнения, а также метода фиксации и монтажа.
• Соображениям экономии подбирают надежный, экономичный и простой двигатель, который не нуждается в больших расходах на эксплуатацию, имеет малый вес, низкую цену и небольшие размеры.
• Условиям внешней среды и безопасности подбирают соответствующее исполнение мотора.

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества

• Возможность более точного подбора мощности двигателя для электропривода.
• Электрический мотор менее пожароопасен в отличие от других типов двигателей.
• Приводы дают возможность быстрого пуска и остановки механизма, его плавного торможения.
• Нет необходимости в специальных регуляторах питания для электродвигателя. Все процессы происходят в автоматическом режиме.
• Приводы дают возможность подбора мотора, свойства которого лучше других моделей сочетаются с характеристиками агрегата.
• С помощью электрического привода можно плавно регулировать обороты механизма в определенных пределах.
• Электродвигатель может преодолеть большие и долговременные перегрузки.
• Электропривод дает возможность получения максимальной скорости и производительности рабочего механизма.
• Электродвигатель дает возможность экономить электричество, а при определенных условиях даже генерировать ее в сеть.
• Полная и простая автоматизация установок и механизмов возможна только с помощью электроприводов.
• КПД электромоторов имеет наибольший показатель по сравнения с другими моделями двигателей.
• Моторы производят с повышенной уравновешенностью. Это дает возможность встраивания их в механизмы машин, делать менее массивным фундамент.

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Похожие темы:

Описание, схема, электропривод, задвижка, инструкция, клапан сигнальный

Новости Онлайн трансляция с видеокамер (отключила нахер) 01 февраля Давненько я ничего не писала. Все в делах и проводах своих торчу. Например, вот гироробота состряпала на днях. Наверное, стоит описание сделать 02 мая Добавила статью “Газета New York Ledger” 01 апреля Ура! Днюxа!! Безудержное веселье и мега пати 04 ноября Начинаю втыкаться в Arduino. Блин, прикольная тема )) Немало времени пройдет, пока наиграюсь 01 октября Расширен раздел “База знаний” 18 сентября Несколько новых заметок в разделе “Статьи” Любопытный факт Первая электромеханическая охранная сигнализация была изобретена в 1852 году. Тогда американский изобретатель Эдвин Холмс изобрел простую, но весьма эффективную систему. Специальный электромагнит с сердечником ударял в колокол, когда кто-то задевал натянутую проволоку. Узнать новый факт Advert

Электроприводы для задвижек в системах водяного пожаротушения, клапаны сигнальные Описания Электроприводы ПК (ОАО “Тулаэлектропривод”), МЭОФ (ОАО “МЗТА”), МЗО (ОАО “Прибор”), “Bernard” (Франция), “Auma” (Германия) Схемы подключения Схема электрическая подключения электроприводов ЭП4 с электронным блоком управления серии Э1 Электроприводы с двусторонней муфтой типа М, А, Б, В, Г, Д (ОАО “Тулаэлектропривод”) Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТЭ099.088-00М ТО Клапан сигнальный спринклерный “Класс” ЗАО “Спецавтоматика” Руководство по эксплуатации ДАЭ 100.247.000 РЭ Клапан сигнальный спринклерный “Прямоточный -(65,80,100,150)” Руководство по эксплуатации ДАЭ 100.314.000 РЭ Постоянный адрес страницы  http://nemezida.su/electroprivod_zadvizhka.htm

Частотно-регулируемый электропривод

Частотно-регулируемый, или частотно-управляемый привод (ЧРП, ЧУП) — система управления частотой вращения ротора асинхронного двигателя, которая включает в себя электродвигатель и преобразователь частоты.

Так как асинхронные двигатели могут вращаться на одной частоте, задаваемой им питающей сетью переменного тока, для управления ими используют преобразователи частоты.

Схема 1. Частотно-регулируемый привод.

Частотный преобразователь (ЧП) — это устройство, объединяющее в себе выпрямитель и инвертор. Выпрямитель преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, а инвертор наоборот. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT), открываясь и закрываясь при помощи электронного управления, формируют необходимое напряжение, аналогичное трехфазному. Возможность менять частоту напряжения позволяет изменять отдаваемую в нагрузку мощность не дискретно (как при механической регулировке), а непрерывно. За счет такого принципа действия частотно регулируемый привод может плавно регулировать параметры вращения двигателя.

Преимущества применения частотно регулируемых приводов для управления АД

1. Облегчает пусковой режим привода.
2. Позволяет двигателю долго работать, независимо от степени загрузки.
3. Обеспечивает большую точность регулировочных операций.
4. Позволяет контролировать состояние отдельных узлов в цепях промышленной электрической сети. За счет этого возможно вести постоянный учет количества времени, наработанного двигателями, чтобы потом оценивать их результативность.
5. Наличие электронных узлов дает возможность диагностировать неисправности в работе двигателя дистанционно.
6. К устройству можно подключать различные датчики обратной связи (давления, температуры). В результате скорость вращения будет стабильна при постоянно меняющихся нагрузках.
7. При пропадании сетевого напряжения включается управляемое торможение и перезапуск.

В результате:
• повышается уровень КПД за счет чего можно сэкономить порядка 30-35 % электроэнергии;
• количество и качество конечного продукта возрастает;
• снижается износ комплектующих механизмов;
• возрастает срок службы оборудования.

Недостатки систем частотного регулируемого привода

• Создают сильные помехи, которые мешают другой электронике функционировать. Справиться с этой проблемой поможет установка в цепи управления фильтров высокочастотных помех, которые будут снижать степень такого влияния.
• Высокая стоимость ЧРП. Однако она окупится через 2-3 года.

Отрасли применения ЧРП

Список отраслей получается обширным, сложнее найти отрасль, где бы не применялись ЧП:

Нефтедобыча и переработка: насосное оборудование, привод аппаратов воздушного охлаждения (АВО) и градирен, комплексная автоматизация различных технологических линий.

Металлургия: приводы рольгангов, конвейеров, прокатных станов, наматывающих устройств волочильных станов, насосов, вентиляторов.

Машиностроение: привод обрабатывающих станков, насосы, конвейерные линии, полиграфические машины.

Горнодобывающее и обогатительное производство: дробилки, мешалки, конвейеры, песковые и пульповые насосы.

Химическая промышленность: насосы, мешалки, грануляторы, экструдеры, центрифуги, приводы дымососов и вентиляторов, АСУ.

Пищевая промышленность: грануляторы, экструдеры, мельницы, дробилки, куттеры, жом-прессы, этикетировочные аппараты, конвейеры, технологические линии, насосы, вентиляторы.

ЖКХ: различное насосное оборудование, АСУ.

Стройкомплекс: краны, подъемные механизмы.

Транспорт: судовой привод, электротранспорт.

Как выбрать частотный преобразователь

Следует принять во внимание:

• Мощность и разновидность асинхронного электродвигателя.
• Диапазон и точность регулировки скорости.
• Необходимость точного поддержания момента и скорости вращения на валу двигателя.
• Соответствие конструкции устройства персональным пожеланиям.

СОВЕТ: если какой-то из параметров должен отвечать особым требованиям, то лучше предпочесть не потенциально подходящий частотно регулируемый электропривод, а тот, который будет классом выше.

Выполненные проекты

НПО «Винт», г. Москва. Подруливающие устройства для судового привода. Суда, оборудованные ими, получают большую маневренность при швартовке, проходе узкостей, тралении. Значительно снижается риск столкновения судов. Сокращается время разгрузки и погрузки, что дает экономию времени и денег.

ООО «Стройбезопасность», г. Тихорецк. Оснащение приводов башенных кранов. Это решение упрощает управление, дает возможность тонко регулировать скорость в большом диапазоне, приводит к отсутствию пусковых бросков тока.

ОАО «Тагмет», г. Таганрог. Рольганги щелевой закалочной печи. Обеспечивают точный догон трубы в зоне загрузки и отрыв на выходе и безаварийную работу оборудования. Главный экономический эффект применения частотных преобразователей — это повышение качества продукции.

ОАО «Ульяновский сахарный завод», р.п. Цильна, Ульяновская обл. Привод жом-пресса 500 кВт. Регулирует обороты по нагрузке: в результате стружка подается неравномерно и не происходит перебросов при этом поддерживается нужный уровень давления в шахте. Увеличивается срок службы оборудования, снижается количество аварийных остановок, упрощается обслуживание процесса. 

МУП «Водоканал», г. Новочебоксарск. Автоматизированная система оперативного диспетчерского управления (АСОДУ) водоснабжением г. Новочебоксарска. Кроме снижения прямых затрат на энергоресурсы, снизилась аварийность и улучшилось качество обслуживания.

Что такое электрический привод? – Определение, части, преимущества, недостатки и применение

Определение : Система, которая используется для управления движением электрической машины, такой тип системы называется электрическим приводом. Другими словами, привод, в котором используется электродвигатель, называется электрическим приводом. В электрическом приводе в качестве основного источника энергии используются любые первичные двигатели, такие как дизельный или бензиновый двигатель, газовые или паровые турбины, паровые двигатели, гидравлические двигатели и электродвигатели.Этот первичный двигатель передает механическую энергию приводу для управления движением.

Блок-схема электропривода представлена ​​на рисунке ниже. Электрическая нагрузка, такая как вентиляторы, насосы, поезда и т. Д., Состоит из электродвигателя. Требование электрической нагрузки определяется скоростью и крутящим моментом. Для привода нагрузки выбирается двигатель, который соответствует возможностям нагрузки.

Детали электропривода

Основными частями электроприводов являются силовой модулятор, двигатель, блок управления и датчики.Их части подробно описаны ниже.

Модулятор мощности – Модулятор мощности регулирует выходную мощность источника. Он управляет мощностью от источника к двигателю таким образом, чтобы двигатель передавал характеристику скорости-момента, требуемую нагрузкой. Во время переходных процессов, таких как запуск, торможение и изменение скорости, чрезмерный ток, потребляемый от источника. Этот чрезмерный ток, потребляемый от источника, может перегрузить его или вызвать падение напряжения.Следовательно, модулятор мощности ограничивает ток источника и двигателя.

Модулятор мощности преобразует энергию в соответствии с требованиями двигателя, например, если источником является постоянный ток и используется асинхронный двигатель, то модулятор мощности преобразует постоянный ток в переменный. Он также выбирает режим работы двигателя, т. Е. Двигательный или тормозной.

Блок управления – Блок управления управляет модулятором мощности, который работает на малых уровнях напряжения и мощности. Блок управления также по желанию управляет модулятором мощности.Он также генерирует команды для защиты силового модулятора и двигателя. Входной командный сигнал, который регулирует рабочую точку привода, от входа к блоку управления.

Датчик – Он определяет определенные параметры привода, такие как ток и скорость двигателя. В основном это требуется либо для защиты, либо для работы с замкнутым контуром.

Преимущества электропривода

Ниже приведены преимущества электропривода.

• Электропривод имеет очень большой диапазон крутящего момента, скорости и мощности.
• Их работа не зависит от условий окружающей среды.
• Электроприводы не загрязнены.
• Электроприводы работают на всех квадрантах скоростной плоскости момента.
• Привод легко запускается и не требует дозаправки.
• КПД приводов высокий, так как на нем меньше потерь.

Электроприводы имеют множество преимуществ, указанных выше. Единственным недостатком привода является то, что иногда механическая энергия, производимая первичным двигателем, сначала преобразуется в электрическую энергию, а затем в механическую работу с помощью двигателя.Это можно сделать с помощью электрического соединения, связанного с первичным двигателем и нагрузкой.

Из-за следующих преимуществ механическая энергия, уже доступная от неэлектрического первичного двигателя, иногда сначала преобразуется в электрическую энергию генератором и обратно в механическую энергию электродвигателя. Таким образом, электрическая связь обеспечивает между неэлектрическим первичным двигателем и воздействием нагрузки на характеристику гибкого управления привода.

Например, – Тепловоз вырабатывает дизельную энергию с помощью дизельного двигателя.Механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью генератора. Эта электрическая энергия используется для привода другого локомотива.

Недостатки электропривода

Сбой питания полностью отключил всю систему.

1. Применение привода ограничено, поскольку его нельзя использовать в местах, где нет источника питания.
2. Может вызвать шумовое загрязнение.
3. Первоначальная стоимость системы высока.
4. Имеет плохой динамический отклик.
5. Низкая выходная мощность привода.
6. При обрыве проводов или коротком замыкании система может выйти из строя, из-за чего возникает несколько проблем.

Применение электропривода

Он используется в большом количестве промышленных и бытовых приложений, таких как транспортные системы, прокатные станы, бумагоделательные машины, текстильные фабрики, станки, вентиляторы, насосы, роботы, мойки и т. Д.

Типы

, структурная схема, классификация и их применение

Первый электропривод был изобретен в 1838 году Б.С. Якоби в России. Он испытал двигатель постоянного тока, который питается от батареи, чтобы толкать лодку. Хотя применение электропривода в промышленности может произойти спустя столько лет, как в 1870 году. В настоящее время это можно наблюдать практически повсеместно. Мы знаем, что скорость электрической машины (двигателя или генератора) может регулироваться частотой тока источника, а также приложенным напряжением.Хотя скорость вращения машины также можно точно контролировать, применяя концепцию электропривода. Основным преимуществом этой концепции является то, что управление движением можно оптимизировать просто с помощью привода.

Что такое электропривод?

Электрический привод можно определить как систему, которая используется для управления движением электрической машины. В этом приводе используется первичный двигатель, такой как бензиновый двигатель или дизельный двигатель, паровые турбины или газовые, электрические и гидравлические двигатели в качестве основного источника энергии.Эти первичные двигатели будут подавать механическую энергию к приводу для управления движением.
Электропривод может быть построен с электродвигателем с электроприводом, а также со сложной системой управления для управления валом вращения двигателя. В настоящее время это можно сделать просто с помощью программного обеспечения. Таким образом, управление становится более точным, и эта концепция привода также предлагает простоту использования.

Электропривод

Существует два типа электроприводов: стандартный инвертор и сервопривод.Стандартный инверторный привод используется для управления крутящим моментом и скоростью. Сервопривод используется для управления крутящим моментом и скоростью, а также для управления компонентами позиционирующей машины, используемой в приложениях, где требуется сложное движение.

Блок-схема электропривода

Блок-схема электропривода показана ниже, а нагрузка на диаграмме обозначает различные виды оборудования, которое может быть построено с электродвигателем, такое как стиральная машина, насосы, вентиляторы и т. Д. Электропривод может быть построен с источником, модулятором мощности, двигателем, нагрузкой, датчиком, блоком управления, командой ввода.Блок-схема электропривода

Источник питания

Источник питания на приведенной выше блок-схеме обеспечивает необходимую энергию для системы. И преобразователь, и двигатель взаимодействуют с источником питания, чтобы обеспечить двигателю изменяемое напряжение, частоту и ток.

Модулятор мощности

Этот модулятор можно использовать для управления выходной мощностью источника питания. Регулировка мощности двигателя может осуществляться таким образом, что электродвигатель передает характеристику «скорость-крутящий момент», которая необходима для нагрузки.Во время временных операций экстремальный ток будет потребляться от источника питания.

Потребляемый ток от источника питания может превысить его, иначе может произойти падение напряжения. Поэтому модулятор мощности ограничивает ток двигателя, а также его источник.

Модулятор мощности может изменять энергию в зависимости от требований двигателя. Например, если в основе лежит постоянный ток и можно использовать асинхронный двигатель, после этого модулятор мощности изменяет постоянный ток на переменного тока .И он также выбирает режим работы двигателя, такой как торможение или двигатель.

Нагрузка

Механическая нагрузка может определяться окружающей средой производственного процесса, а источник энергии может выбираться доступным источником на месте. Однако мы можем выбрать другие электрические компоненты , а именно электродвигатель, контроллер и преобразователь.

Блок управления

Блок управления в основном используется для управления модулятором мощности, и этот модулятор может работать как на уровнях мощности, так и при небольшом напряжении.И он также работает с модулятором мощности по своему усмотрению. Этот блок вырабатывает правила безопасности двигателя, а также модулятора мощности. Управляющий сигнал i / p регулирует рабочую точку привода от i / p к блоку управления.

Чувствительный блок

Чувствительный блок на блок-схеме используется для определения конкретного фактора привода, такого как скорость, ток двигателя. Этот блок в основном используется для работы в замкнутом контуре, иначе – для защиты.

Двигатель

Электродвигатель, предназначенный для конкретного применения, может быть выбран с учетом различных характеристик, таких как цена, достижение уровня мощности и производительности, необходимых для нагрузки в стабильном состоянии, а также при активных операциях.

Классификация электрических приводов

Обычно они подразделяются на три типа, такие как групповой привод, индивидуальный привод и многодвигательный привод. Кроме того, эти приводы делятся на категории на основе различных параметров, которые обсуждаются ниже.

• Электрические приводы делятся на два типа в зависимости от источника питания, а именно приводы переменного тока и приводы постоянного тока.
• Электрические приводы подразделяются на два типа в зависимости от рабочей скорости, а именно приводы с постоянной скоростью и приводы с переменной скоростью.
• Электрические приводы подразделяются на два типа в зависимости от количества двигателей, а именно однодвигательные приводы и многодвигательные приводы.
Электроприводы
• подразделяются на два типа в зависимости от параметра управления, а именно: стабильные крутящие моменты и стабильные силовые приводы.

Преимущества электроприводов

К преимуществам электроприводов можно отнести следующее.

• Эти сушки доступны с широким диапазоном скорости, мощности и крутящего момента.
• В отличие от других главных двигателей, дозаправка двигателя не требуется, в противном случае нет необходимости в нагреве двигателя.
• Не загрязняют атмосферу.
• Раньше в приводах со стабильной скоростью использовались как синхронные, так и асинхронные двигатели. В приводах с регулируемой скоростью используется двигатель постоянного тока.
• Они обладают гибкими характеристиками управления за счет использования электрического торможения.
• В настоящее время электродвигатели переменного тока используются в приводах с регулируемой скоростью в связи с развитием полупроводниковых преобразователей.

Недостатки электропривода

К недостаткам электроприводов можно отнести следующее.

• Этот привод нельзя использовать при отсутствии доступа к источнику питания.
• Перебой в питании полностью останавливает всю систему.
• Первоначальная цена системы высокая.
• Неудовлетворительный динамический отклик этого привода.
• Получаемая выходная мощность привода мала.
• Использование этого привода может вызвать шумовое загрязнение.

Области применения электроприводов

Области применения электроприводов включают следующее.

• Основное применение этого привода – электрическая тяга, то есть транспортировка материалов из одного места в другое. Различные типы электрической тяги в основном включают электропоезда, автобусы, троллейбусы, трамваи и транспортные средства на солнечных батареях, встроенные в аккумулятор.
• Электрические приводы широко используются в огромном количестве бытовых и промышленных применений, включая двигатели, транспортные системы, фабрики, текстильные фабрики, насосы, вентиляторы, роботы и т. Д.
• Они используются в качестве главных двигателей для бензиновых или дизельных двигателей, турбин, таких как газовые, или паровые, двигателей, таких как гидравлические и электрические.

Итак, это все об основах электроприводов. Из приведенной выше информации, наконец, мы можем сделать вывод, что привод – это один из видов электрических устройств, используемых для управления энергией, передаваемой на электродвигатель. Привод подает энергию на двигатель в нестабильных количествах и на нестабильных частотах, таким образом, в конечном итоге, регулирует скорость и крутящий момент двигателя.Вот вам вопрос, каковы основные части электропривода.

Что такое привод постоянного тока? Работа и типы приводов постоянного тока

Что такое приводы постоянного тока? Аналоговые и цифровые приводы постоянного тока

Технология приводов постоянного тока эффективна, надежна, экономична, удобна для оператора и относительно проста в применении. Привод постоянного тока имеет много преимуществ по сравнению с приводами переменного тока, особенно для рекуперативных и высокомощных приложений. Приводы постоянного тока широко используются в промышленных приводах, чтобы обеспечить очень точное управление.

Что такое привод переменного тока? Работа и типы электрических приводов и VFD

Конечно, частотно-регулируемые приводы (VFD) и двигатели переменного тока теперь предлагают альтернативу приводам и двигателям постоянного тока, но есть много других приложений, где приводы постоянного тока широко используются, включая подъемные краны и подъемники, лифты, приводы шпинделя, мотальные машины, машины для производства бумаги, дробилки и т. д. благодаря преимуществам приводов постоянного тока.

Что такое приводы постоянного тока?

Привод постоянного тока – это, по сути, система управления скоростью двигателя постоянного тока, которая подает напряжение на двигатель для работы с желаемой скоростью.Ранее переменное напряжение постоянного тока для управления скоростью промышленного двигателя постоянного тока генерировалось генератором постоянного тока.

При использовании асинхронного двигателя генератор постоянного тока приводился в действие с фиксированной скоростью, а путем изменения поля генератора создавалось переменное напряжение. Вскоре после этого набор Ward Leonard был заменен ртутным дуговым выпрямителем, а затем и тиристорными преобразователями. В настоящее время семейство тиристорных устройств широко используется для управления скоростью двигателя постоянного тока.

Компоненты привода постоянного тока?

Основные компоненты системы привода постоянного тока показаны на рисунке ниже. Вход привода постоянного тока: Некоторые приводы постоянного тока на основе тиристоров работают от однофазного источника питания и используют четыре тиристора для двухполупериодного выпрямления. Для более мощных двигателей требуется трехфазный источник питания, потому что формы волны намного более плавные. В таких случаях для двухполупериодного выпрямления требуется шесть тиристоров.

Мост выпрямителя: Силовой компонент управляемого привода постоянного тока представляет собой двухполупериодный мостовой выпрямитель, который может работать от трехфазного или однофазного источника питания. Как уже упоминалось выше, количество тиристоров может варьироваться в зависимости от напряжения питания.

Шестиристорный мост (в случае трехфазного преобразователя) выпрямляет поступающий переменный ток на постоянный ток, подаваемый на якорь двигателя. Регулировка угла зажигания этих тиристоров изменяет напряжение, подаваемое на двигатель.

Блок полевого питания: Мощность, подаваемая на обмотку возбуждения, намного ниже, чем мощность якоря, поэтому чаще всего используется однофазное питание. Для питания обмотки возбуждения двигателя используется отдельный тиристорный мост или диодный выпрямитель.

Во многих случаях двухфазное питание поступает от трехфазного входа (который подает питание на якорь), и, следовательно, возбудитель возбуждения включен в блок питания якоря.

Функция блока питания возбуждения заключается в обеспечении постоянного напряжения на обмотке возбуждения для создания постоянного поля или магнитного потока в двигателе. В некоторых случаях этот блок снабжен тиристорами для уменьшения напряжения, приложенного к полю, чтобы управлять скоростью двигателя выше базовой.

В двигателях постоянного тока с постоянными магнитами полевой блок питания не входит в состав привода.

Блок регулирования скорости : Он сравнивает инструкцию оператора (желаемую скорость) с сигналами обратной связи и отправляет соответствующие сигналы в цепь зажигания. В аналоговых приводах этот блок регулятора состоит как из регуляторов напряжения, так и из регуляторов тока. Регулятор напряжения принимает ошибку скорости как вход и выдает выходное напряжение, которое затем подается на регулятор тока.

Регулятор тока затем подает требуемый ток зажигания в цепь зажигания. Если требуется большая скорость, от регулятора напряжения вызывается дополнительный ток, и, следовательно, тиристоры проводят больше времени. Как правило, это регулирование (как напряжения, так и тока) осуществляется с помощью контроллеров пропорционально-интегрально-производной.

Регулятор тока возбуждения также предусмотрен там, где требуется скорость выше базовой.

В современных цифровых микропроцессорных приводах управление скоростью достигается с помощью справочной таблицы для определения тока в цепи зажигания с помощью дополнительных цифровых схем.

Цепь включения : она подает импульсы затвора на тиристоры, чтобы они включались на определенные периоды для создания переменного напряжения якоря. В этой схеме управления затвором также предусмотрена изоляция.

Принцип работы приводов постоянного тока

В двигателях постоянного тока скорость пропорциональна напряжению якоря и обратно пропорциональна току возбуждения. Кроме того, ток якоря пропорционален крутящему моменту двигателя. Следовательно, увеличивая или уменьшая приложенное напряжение, скорость двигателя изменяется.Однако это возможно до номинального напряжения. Если требуется скорость, превышающая базовую скорость, необходимо уменьшить ток возбуждения двигателя. При уменьшении тока возбуждения уменьшается магнитный поток в двигателе. Уменьшение тока возбуждения снижает противоэдс якоря. Чем меньше ЭДС противоякоря, тем больше протекает ток якоря. Кроме того, этот ток якоря увеличивает крутящий момент двигателя и, следовательно, скорость. Это два основных принципа, используемых в приводах постоянного тока для управления скоростью двигателя.

В приводах постоянного тока с управлением якорем привод обеспечивает номинальный ток и крутящий момент при любой скорости от нуля до основания двигателя. Изменяя напряжение якоря, можно получить переменную скорость, как показано на рисунке.

Обычно в этих приводах постоянного тока предусмотрено постоянное питание возбуждения. Поскольку крутящий момент является постоянным (который описывает тип нагрузки) во всем диапазоне скоростей, выходная мощность двигателя пропорциональна скорости (HP = T × N / 525). Характеристики двигателя этого привода показаны ниже.В случае приводов, управляемых якорем и полем, напряжение якоря двигателя регулируется для работы с постоянным крутящим моментом и переменным крутящим моментом вплоть до базовой скорости двигателя. А для работы на указанной выше базовой скорости привод переключается на управление полем для работы с постоянным пониженным крутящим моментом в л.с. до максимальной скорости, как показано на рисунке ниже. В этом случае уменьшение тока возбуждения увеличивает скорость двигателя до его максимальной скорости, как показано на рисунке.

Цифровые и аналоговые приводы постоянного тока

В настоящее время цифровые реализации заменили аналоговые схемы системы электропривода во всех формах промышленного управления.Цифровые контроллеры предлагают большую гибкость для обеспечения точного управления, самонастройки и простоты взаимодействия с хост-компьютерами и другими приводами. Однако базовое понимание аналоговой версии привода постоянного тока делает менее трудным понимание его цифрового эквивалента. Давайте посмотрим на оба этих привода постоянного тока.

Аналоговые приводы постоянного тока

Стандартный аналоговый привод постоянного тока с регулировкой скорости и тока показан на рисунке ниже. Задача этой системы – обеспечить управление скоростью, и, следовательно, задание скорости становится входом в систему, а скорость двигателя – выходом системы, который измеряется тахометром.

Этот привод работает следующим образом; Учтите, что двигатель работает с заданной скоростью. Теперь сигнал задания скорости увеличился до уровня, несколько превышающего фактическую скорость. Таким образом, будет сигнал скорости ошибки на левом суммирующем соединении, как показано на рисунке. Эта ошибка скорости указывает на необходимое ускорение двигателя, что означает крутящий момент и, следовательно, больший ток.

Ошибка усиливается регулятором скорости (который, по сути, является усилителем ошибки скорости), и его выходной сигнал выдается как входной сигнал тока для внутренней системы управления.По мере увеличения задания по току внутренний контроллер тока направляет больший ток в двигатель, тем самым обеспечивая дополнительный крутящий момент. Внутренний токовый контур отвечает за поддержание ошибки нулевого тока между фактическим током двигателя и сигналом задания тока, что означает, что фактический двигатель current, чтобы следовать за эталонным током. Усиленный сигнал ошибки тока от контроллера тока управляет углом срабатывания моста и, следовательно, выходным напряжением преобразователя. Обратная связь по току достигается либо трансформатором постоянного тока, либо трансформатором переменного тока (с выпрямителем) в основных линиях питания.

Вся эта операция выполняется усилителем ошибки тока с высоким коэффициентом усиления. В большинстве случаев этот усилитель представляет собой схему пропорционально-интегрального управления (ПИ), которая поддерживает точный и требуемый токи одинаковыми в установившихся условиях. Этот регулятор тока также ограничивает ток через двигатель, учитывая минимальный и максимальный токи двигателя.

Внешний контур обеспечивает управление скоростью путем сравнения фактической скорости, полученной тахогенератором постоянного тока, с желаемой или требуемой скоростью из задания скорости.Эти два входа подаются на усилитель ошибки скорости, а затем полученная ошибка усиливается и подается на вход регулятора тока.

Усилитель скорости выдает выходной ток, пропорциональный погрешности скорости. Для этого усилителя также используется ПИ-регулирование (с использованием аналоговой электроники) для достижения нулевой ошибки установившегося состояния. Благодаря этому фактическая скорость двигателя поддерживается точно на уровне эталонной скорости для всех нагрузок.

Цифровые приводы постоянного тока

С развитием цифрового управления приводы постоянного тока становятся более гибкими и быстрыми (из-за меньшего времени отклика) по сравнению с аналоговыми приводами.Схема цифрового привода постоянного тока показана на рисунке ниже; Конечно, она похожа на аналоговую схему, но здесь аналоговая схема (аналоговые усилители) заменена цифровой схемой. Сигнал задания скорости, подаваемый на вход привода, сравнивается со скоростью обратной связи в суммирующей цепи. Если на выходе схемы суммирования имеется положительная ошибка, указывающая на то, что требуется увеличение скорости, и если она генерирует отрицательную ошибку, указывающую на необходимость уменьшения скорости (поскольку двигатель работает на более высокой скорости, чем желаемая).

Ошибка скорости передается контроллеру скорости в микропроцессоре, который определяет выходное напряжение для работы двигателя с желаемой скоростью. В то же время контроллер тока в микропроцессоре определяет запускающие сигналы для тиристоров в мостовом преобразователе. Затем тиристоры преобразуют трехфазное питание в питание постоянного тока в зависимости от желаемой скорости.

Этот привод может работать в разомкнутом контуре без какой-либо обратной связи и может достигать регулирования скорости 5-8%. Однако во многих случаях требуется регулирование скорости менее 5%.В таких случаях блок измерения / масштабирования скорости переключается на цепь измерения обратной связи по ЭДС.

Эта цепь обратной связи измеряет напряжение якоря, масштабирует его пропорционально выходному напряжению (функция масштабирования в микропроцессоре) и передает его в схему суммирования. Далее он преобразуется в сигнал ошибки скорости в контроллере скорости.

Если требуется регулирование скорости менее 1%, используется обратная связь от генератора тахометра. Таким образом, цепь измерения / масштабирования скорости переключается на обратную связь с тахометра.Эта обратная связь обеспечивает очень точное управление по сравнению с обратной связью по ЭДС.

Также для управления полем (скорость выше номинальной) этот привод включает в себя отдельный возбудитель поля. Регулятор тока возбуждения в микропроцессоре определяет напряжение на обмотках возбуждения, принимая опорный сигнал магнитного потока / поля от оператора. Этот регулятор обеспечивает запускающие сигналы, необходимые блоку преобразователя поля для создания необходимого постоянного напряжения, пропорционального скорости.

Что внутри Power Conversion делает приводы постоянного тока SCR?

Кремниевые управляемые выпрямители (SCR) – широко используемые тиристоры для больших приводов двигателей постоянного тока в блоках преобразования мощности.SCR проводит, когда на его вывод затвора подается небольшое напряжение. Его проводимость продолжается до начала отрицательного цикла, и он автоматически выключается, когда напряжение на тиристоре достигает естественного нуля, до следующего стробируемого сигнала.

Целью использования этих тиристоров в приводах постоянного тока является преобразование постоянного источника переменного тока в переменный источник постоянного тока, который управляет скоростью двигателя. Как обсуждалось ранее, некоторые приводы постоянного тока с тиристорами питаются от однофазного источника переменного тока и используют четыре тиристора в форме моста для выпрямления постоянного тока.В случае приводов постоянного тока большой мощности для выпрямления постоянного тока используется трехфазный источник питания с шестью тиристорами.

В случае четырехквадрантной работы (движение вперед, торможение вперед, движение назад и торможение назад) привода постоянного тока используется мостовой выпрямитель, состоящий из 12 тиристоров с трехфазным входящим питанием. Во время каждой операции в квадранте тиристоры срабатывают под определенным фазовым углом, чтобы обеспечить двигатель необходимым постоянным напряжением.

Подключение тиристоров (для четырехквадрантного режима привода) от входящего трехфазного источника переменного тока к выходу постоянного тока показано на рисунке ниже.В этом случае мост SCR с двигателем и мост SCR с регенерацией обеспечивают работу в четырех квадрантах управления путем приема соответствующих сигналов затвора от (аналогового или цифрового) контроллера.

Если тиристоры были стробированы с фазовым углом в ноль градусов, то привод функционировал как выпрямитель, который подает на двигатель полный выпрямленный номинальный постоянный ток, и, изменяя угол включения тиристоров, применяется переменный источник постоянного тока. Форма кривой выходного напряжения постоянного тока по отношению к форме кривой переменного тока для вышеуказанной схемы показана ниже.Это среднее выходное напряжение постоянного тока получается для фазовых углов зажигания 40 ⁰ , 32 ⁰ и 24 ⁰ . Таким образом, средняя мощность регулируется путем изменения фазовых углов включения тринистора.

Поскольку для обмотки возбуждения также требуется стабилизированный источник постоянного тока, в мостовом преобразователе возбуждения используются только четыре тиристора. Это связано с тем, что поле никогда не требует отрицательного тока и, следовательно, не требуется другой набор тиристоров, которые использовались в якоре для реверсирования двигателя.

В современных приводах постоянного тока тиристоры полностью заменены на полевые МОП-транзисторы и IGBT-транзисторы, чтобы обеспечить высокую скорость переключения, чтобы исключить искажение входящей мощности переменного тока и токов во время переключения. Следовательно, привод становится более эффективным и точным.

Как описано в статье приводов переменного тока , приводы постоянного тока также доступны в виде модульных блоков, которые включают аналоговые и цифровые входы / выходы, многофункциональные клавиатуры, удаленные панели оператора в дополнение к возможностям программирования и настройки программного обеспечения от различных производителей, таких как как ABB, Siemens, Rockwell automation, Emerson и т. д.Они могут быть подключены к другим приводам или хосту компьютера через коммуникационные кабели. Программирование макросов этих приводов позволяет реализовать любую структуру управления в приложении. Они также могут принимать сигналы дистанционного управления от удаленных программируемых логических контроллеров через системы связи по полевой шине.

Типы контроллеров двигателей и приводов

Контроллеры и приводы двигателей – это электрические или электронные устройства, которые регулируют скорость двигателя, крутящий момент и выходы положения.Привод изменяет мощность, подаваемую на двигатель, для достижения желаемой мощности. Схемы контроллера обычно интегрируются со схемами привода как один автономный блок, поэтому термины «привод двигателя» и «контроллер двигателя» часто используются как взаимозаменяемые. Существует четыре основных типа контроллера двигателя и приводов: переменного, постоянного тока, сервопривода и шагового, каждый из которых имеет тип входной мощности, измененный в соответствии с желаемой выходной функцией в соответствии с приложением.

Слева направо: серводвигатель переменного тока, бесщеточный двигатель постоянного тока и шаговый двигатель.

Изображение предоставлено: similis / Shutterstock.com

Контроллер двигателя и типы приводов

переменного тока

Контроллеры и приводы двигателей переменного тока

– это электронные устройства, которые изменяют входную мощность двигателей, обычно регулируя частоту мощности двигателя с целью регулирования выходной скорости и крутящего момента. Основные характеристики включают предполагаемое применение, режим работы привода, тип двигателя, тип инвертора, классификацию напряжения системы контура, номинальную мощность, интерфейс связи, а также электрические характеристики входа и выхода.

Контроллеры и приводы двигателей переменного тока

используются в основном в технологических процессах для управления скоростью насосов, вентиляторов, нагнетателей и т. Д. Они известны как приводы с регулируемой скоростью, преобразователи частоты или инверторы переменного тока. Контроллер, обычно интегрированный со схемами привода, подает управляющие сигналы на привод.

постоянного тока

Контроллеры и приводы двигателей постоянного тока

– это электрические устройства, которые изменяют входную мощность, настраивая источник постоянного или переменного тока на импульсный выход постоянного тока с изменяющейся длительностью или частотой импульса.Основные характеристики включают предполагаемое применение, режим работы привода, тип двигателя, систему контура, классификацию напряжения, номинальную мощность, тип выходного сигнала, интерфейс связи, а также электрические характеристики входа и выхода. Контроллеры и приводы двигателей постоянного тока используются в основном для управления скоростью и крутящим моментом двигателей для станков, электромобилей, насосов и т. Д. Контроллер, обычно интегрированный в схемы привода, подает управляющие сигналы на привод.

Серводвигатель

Контроллеры и приводы серводвигателей

– это электронные устройства, которые изменяют входную мощность, настраивая источник постоянного или переменного тока на импульсный токовый выход с изменяющейся длительностью или частотой импульса.Основные характеристики включают предполагаемое применение, тип двигателя, режим работы привода, систему контура, номинальную мощность, тип выходного сигнала, интерфейс связи, а также электрические характеристики. Контроллеры и приводы серводвигателей используются, в основном, в приложениях управления движением в производственных и строительных средах, среди прочего, и используются для управления скоростью, крутящим моментом и положением двигателей, и могут работать как переменный, так и постоянный ток. Серводвигатели используются во многих приложениях, включая станки, микропозиционирование и робототехнику, а также многие другие типы оборудования, такие как конвейеры или системы привода шпинделя.Контроллер, обычно интегрированный со схемами привода, подает управляющие сигналы на привод. Сервоприводы также известны как усилители серводвигателей.

Шаговый

Контроллеры и приводы шаговых двигателей

– это электронные устройства, которые изменяют входную мощность, настраивая источник постоянного или переменного тока на импульсный или «ступенчатый» выходной ток.

Основные характеристики включают предполагаемое применение, тип двигателя, режим работы привода, систему контура, номинальную мощность, тип выходного сигнала, интерфейс связи, а также электрические характеристики.

Контроллеры и приводы шаговых двигателей

используются в основном в приложениях управления движением в производственных и строительных средах, среди прочего, и используются для управления скоростью двигателя, крутящим моментом и положением. Они используются во многих приложениях, включая станки, микропозиционирование и робототехнику, а также многие другие типы оборудования, такие как конвейеры или OEM-оборудование. Контроллер, обычно интегрированный со схемами привода, подает управляющие сигналы на привод. Шаговые приводы также известны как импульсные приводы и шаговые усилители.Контроллеры шагового двигателя также известны как индексаторы двигателей.

Контроллеры двигателей и приводы – Области применения и отрасли

В отличие от серводвигателей и шаговых двигателей, для большинства двигателей переменного и постоянного тока не требуются контроллеры или приводы, кроме простейших пускателей двигателей и аналогичных защитных устройств. Приводы двигателей переменного тока используются, когда желательно регулирование скорости двигателя переменного тока, поскольку регулирование скорости в асинхронных двигателях переменного тока обычно не выполняется – после того, как двигатель указан (по количеству полюсов), рабочая скорость указывается на паспортной табличке.С другой стороны, щеточные двигатели постоянного тока, в основном, регулируются по скорости, просто изменяя напряжение, подаваемое на ротор двигателя и поле. Это можно сделать с помощью простого реостата; ни контроллер, ни привод не нужны. Новые бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют механической коммутации и, следовательно, требуют контроллеров и приводов для электронной коммутации магнитного поля. Серводвигатели и шаговые двигатели, поскольку они представляют собой устройства позиционирования, в отличие от машин вращательного движения, также требуют контроллеров и драйверов для их работы.

Приводы двигателей переменного тока

используются для управления скоростями двигателей, приводящих в действие насосы, вентиляторы и т. Д., Где в противном случае можно было бы использовать традиционные клапаны или заслонки для регулирования потока. Электроприводы переменного тока используются для повышения эффективности за счет настройки скорости насоса, вентилятора и т. Д. В точном соответствии с требованиями.

Приводы двигателей постоянного тока

используются для управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами, работающими от источников переменного тока. Двигатели постоянного тока обладают очень хорошим крутящим моментом на низкой скорости, что делает их особенно подходящими для лебедок, кранов и т. Д., Где необходимо поднимать грузы без «пуска».«До появления электронных систем управления постоянным током мы часто объединяли электродвигатели постоянного тока в мотор-генераторные установки для выработки постоянного тока через асинхронные электродвигатели переменного тока.

Контроллеры и приводы серводвигателей

полагаются на обратную связь от серводвигателей для управления положением, скоростью, ускорением и т. Д. Производители серводвигателей обычно поставляют приводы, которые работают с их двигателями. Хотя для степперов не требуется петля обратной связи, некоторые ее используют. Производители шаговых двигателей также обычно поставляют приводы для своих двигателей.Большинство производителей серводвигателей и шаговых двигателей предоставляют диаграммы в качестве указаний, какие двигатели будут работать с какими приводами.

Соображения

Выбор контроллеров двигателей и приводов начинается с знания типа двигателя. Соответствующие подкатегории затем согласовываются с этой базовой информацией.

Решение использовать приводы переменного тока для асинхронных двигателей часто является экономическим решением, основанным на рабочих характеристиках конкретной установки: как часто насос или вентилятор работает с дроссельными клапанами или решетчатыми воздуховодами.По крайней мере, один производитель предлагает калькулятор (см. Ниже) для определения экономии энергии приводов переменного тока на основе конкретных сценариев эксплуатации. Двигатели, предназначенные для использования с приводами с регулируемой скоростью, обычно рассчитаны на работу с инвертором.

Еще одно соображение для приводов переменного тока – это характер приложения, в котором постоянный крутящий момент и переменный крутящий момент являются основными разделами. Для приложений с переменным крутящим моментом, таких как центробежные вентиляторы, требования к крутящему моменту зависят от скорости двигателя. Для приложений с постоянным крутящим моментом, таких как конвейеры, требования к крутящему моменту одинаковы независимо от скорости двигателя.Приводы переменного тока обычно предназначены для работы с переменной или постоянной скоростью.

Щеточные двигатели постоянного тока, работающие от переменного тока, обычно приводятся в действие с помощью тиристорных мостовых выпрямителей, которые позволяют переменному току течь к двигателю только в одном направлении, имитируя источник питания постоянного тока. Более подробную информацию можно найти в приведенных ниже ссылках. Такие поставщики, как Baldor, предоставляют устройства управления постоянным током для односторонних и рекуперативных приложений для двигателей постоянного тока мощностью до 5 лошадиных сил, а через свою материнскую компанию (ABB) предлагает приводы постоянного тока мощностью до 3000 л.с.Для односторонних приводов обычно требуется тормоз для остановки двигателя, в то время как рекуперативные приводы могут вращать двигатель в любом направлении и, таким образом, обеспечивать тормозное усилие за счет реверсирования. Генерируемая мощность обычно отводится через реверсивные резисторы.

Электродвигатели постоянного тока с щеткой, работающие в системах постоянного тока, такие как электрические домкраты для поддонов, также используют средства управления для изменения скорости и направления. Для бесщеточных двигателей постоянного тока или двигателей с постоянным магнитом также требуются контроллеры для электронной коммутации их магнитных полей.

Серводвигатели

могут быть переменного или постоянного тока, а постоянный ток может быть щеточным и бесщеточным. Во всех случаях они требуют контроля, потому что они являются устройствами обратной связи. Линейные двигатели обычно основаны на сервоприводах и также требуют управления.

Шаговые двигатели

, как правило, не требуют обратной связи, но должны быть «настроены» при включении, чтобы двигатель знал, где он находится. Отсюда он считает шаги, чтобы отслеживать позицию. Некоторые шаговые двигатели подключают свои приводы непосредственно к раме двигателя.

Важные атрибуты

Полупроводниковый прибор

Вообще говоря, IGBT и SCR используются для устройств среднего и высокого напряжения, тогда как MOSFET используются в приложениях с низким энергопотреблением.

Входная фаза двигателя

Двигатели обычно являются одно- или трехфазными машинами, в зависимости от фазы переменного тока, который их питает. Шаговые двигатели являются исключением в этом отношении, поскольку фаза относится к архитектуре самого шагового двигателя, обычно описываемого как двух- или пятифазный.У Oriental Motors есть хорошая статья, в которой обсуждается разница, цитируемая ниже.

Корпуса

Электрические шкафы определены в соответствии с критериями NEMA или IEC по защите окружающей среды и проникновению.

Режим работы привода

Как обсуждалось выше, приводы переменного тока обычно проектируются как с постоянным, так и с переменным крутящим моментом в зависимости от области применения.

ресурсов

Категории связанных продуктов

Прочие изделия для двигателей

Прочие «виды» изделий

Больше от Instruments & Controls

Введение в электрические машины и приводы

Инструкторы

Майкл Харке

Майкл получил степени бакалавра, магистра и доктора наук.Имеет степень доктора наук в области машиностроения в Университете Висконсина в Мэдисоне в 1997, 1999 и 2006 годах соответственно. Его исследования были сосредоточены на теории управления, электрических машинах и силовой электронике. Во время учебы он работал с многочисленными компаниями, включая Whirlpool, Ford Motor Company, Schneider Electric, International Rectifier и Hamilton Sundstrand.

В 2006 году Майкл присоединился к Hamilton Sundstrand в отделе прикладных исследований, где он работал над управлением двигателями и силовой электроникой для аэрокосмических приложений, включая приводы двигателей и исполнительные механизмы.С 2010 по 2013 год он работал в Danfoss Power Electronics, где сосредоточился на управлении промышленными двигателями. С тех пор он вернулся в Hamilton Sundstrand, теперь известную как UTC Aerospace Systems. Он также является адъюнкт-профессором Римского университета Ла Сапиенца, преподает курсовую работу по динамическому анализу и управлению машинами переменного тока.

Майкл является членом Института инженеров по электротехнике и электронике, где он в прошлом был председателем Комитета по промышленным приводам и представителем общества в AdCom Совета по датчикам для Общества промышленных приложений.Он был сопредседателем технической программы Конгресса и выставки IEEE Energy Conversion в 2013 году. Он опубликовал 25 статей на конференциях и в журналах и имеет 8 патентов.

Томас Янс

Томас М. Янс – профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Висконсин-Мэдисон. Ранее в отделе исследований и разработок GE и Массачусетском технологическом институте Янс занимается исследованиями в области электрических машин, анализа и управления приводных систем, а также силовых электронных модулей.

Фил Коллмейер

Филип Коллмайер получил степени бакалавра, магистра и доктора в области электротехники в Университете Висконсин-Мэдисон в 2006, 2011 и 2015 годах соответственно с акцентом на электрические машины, силовую электронику и средства управления.

Будучи аспирантом, Фил построил прототип легкового электрического грузовика и возглавил разработку новой испытательной установки для хранения энергии. Он также выполнил ряд проектов по гибридному хранению энергии, старению аккумуляторов и моделированию аккумуляторов и ультраконденсаторов и получил две награды за преподавание в области электрических машин и приводов.В настоящее время Фил является старшим главным инженером-исследователем в Университете Макмастера, Гамильтон, Онтарио, Канада. Он является ведущим инженером команды из 40 аспирантов и докторантов, работающих над проектом «Автомобиль будущего», который финансируется Stellantis и Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям.

Майкл Райан

Майкл Райан получил степень бакалавра наук. Кандидат электротехники в Университете Коннектикута, Сторрс, 1988 г., М.Степень бакалавра в области электротехники в Политехническом институте Ренсселера, Трой, штат Нью-Йорк, 1992 г. Кандидат электротехники в Университете Висконсин-Мэдисон, 1997. В UW-Madison Райан работал в лабораториях WEMPEC над проектами, включающими преобразователи постоянного тока в постоянный, системы генерации с регулируемой скоростью и управление инверторами ИБП.

Райан – президент Ryan Consulting, занимающийся применением силовой электроники и средств управления, в частности, для систем альтернативной энергетики. Ранее он занимал должности в Capstone Turbine, подразделениях корпоративных исследований и разработок General Electric, а также в подразделениях оборонных систем, Automated Dynamics, Otis Elevator и Hamilton Standard.

Бюлент Сарлиоглу

Бюлент Сарлиоглу – доцент Жан ван Блейдел в Университете Висконсин-Мэдисон и заместитель директора Консорциума электрических машин и силовой электроники штата Висконсин (WEMPEC). Доктор Сарлиоглу проработал более десяти лет в аэрокосмическом подразделении Honeywell International Inc., в последнее время в качестве штатного системного инженера, получив награду Honeywell за технические достижения в 2003 году и награду выдающегося инженера в 2011 году.Д-р Сарлиоглу участвовал в нескольких программах, в которых высокоскоростные электрические машины и приводы используются в основном для аэрокосмических и наземных транспортных средств. Доктор Сарлиоглу является изобретателем или соавтором 20 патентов США и многих других международных патентов. Вместе со своими учениками он опубликовал более 200 статей для журналов и конференций. Его область исследований – двигатели и приводы, включая высокоскоростные электрические машины, новые электрические машины, а также применение устройств с широкой запрещенной зоной в силовой электронике для повышения эффективности и удельной мощности.Он получил награду NSF CAREER в 2016 году и 4 ^{-ю премию} Grand Nagamori от Фонда Нагамори, Япония в 2019 году. Д-р Сарлиоглу стал заслуженным лектором IEEE IAS в 2018 году. Он был сопредседателем технической программы ECCE 2019 и генеральный председатель ITEC 2018. Он является сопредседателем специальной сессии ECCE 2020.

Схема привода биполярного прерывателя | Schneider Electric Motion США

В сегодняшнем блоге мы рассмотрим биполярный привод с чоппером, распространенный метод точного управления током в шаговых двигателях.Самый простой способ взглянуть на его работу – это использовать его базовую схему.

Давайте снова воспользуемся нашим двигателем на один ом, один миллигенри и один ампер и подключим его к схеме, как показано. Как и в случае с униполярным приводом, мы предполагаем, что транзисторы идеальны и не имеют прямого падения на них, когда они включены. Мы также начнем с предположения, что источник питания (+ V) составляет 1,0 вольт, «регулятор текущего уровня / цифро-аналоговый преобразователь» (DAC) требует одного усилителя, а «управляющая логика» включила Q1 & Q3.

Ток течет от источника питания + V через Q1 и в конец обмотки двигателя «A» без точек. (Вы помните «точечное соглашение» трансформатора? Если нет, попробуйте погуглить, чтобы освежить память.) Ток выходит из «пунктирного» конца обмотки и течет через Q3 и резистор считывания тока «Rsense» к общему источнику питания.

Токочувствительный резистор обычно невелик по сравнению с сопротивлением обмотки двигателя, и в нашем случае мы сделаем его 0,01 Ом, или 1% от обмотки двигателя, что мы будем считать незначительным.Таким образом, у нас есть двигатель на 1 В и 1 Ом, который ограничивает ток обмотки до 1 А. Здесь нет ничего нового, правда?

Теперь давайте сделаем шаг, отключив Q1 и Q3 и включив Q2 и Q4, и что произойдет? Ток протекает через Q2 и попадает в точечный конец обмотки. Затем он вытекает из конца обмотки без точек через Q4 и Rsense. Биполярный привод просто реверсировал ток через обмотку двигателя, не имея отрицательного источника питания. Круто что ли? И в приводе используется полная обмотка, а не только ее половина.

При использовании полной обмотки крутящий момент на 40% больше, чем при прямом однополярном приводе.

Силовая часть биполярной схемы возбуждения обычно называется H-мостом

Поместите Q1 в верхнюю левую ногу буквы “H”, Q2 в верхнюю правую ногу, Q3 в нижнюю левую ногу, Q4 в нижнюю правую ногу и обмотку двигателя в горизонтальной части буквы “H”, и вы сможете посмотрите, откуда взялось обозначение «H».

Теперь давайте увеличим + V с одного до двух вольт.У нас нет последовательного резистора для ограничения тока в этой цепи, как в случае с униполярным приводом, но у нас есть «компаратор», который проверяет сигнал потока тока от «Rsense» и сравнивает его с заданным уровнем, который определен. с помощью «регулятора текущего уровня», который в нашем примере установлен на один ампер.

Если + V перейдет от нуля до двух вольт в момент времени t = 0, ток вырастет с нуля до одного ампер за немного менее одной постоянной времени (L / R = 1 MH / 1 Ом = 1 мс) или менее чем за 1 мс. миллисекунда.Помните, что ток вырастет до 63% от максимального значения за одну постоянную времени. Таким образом, 63% от 2 ампер – это 1,26 ампер.

Однако, когда ток достигает одного ампера, компаратор и управляющая логика отключают включенные транзисторы и позволяют току двигателя спадать до, скажем, 0,99 ампера. В этот момент схема логики управления / компаратора снова включает транзисторы только для того, чтобы снова выключить их, когда ток достигнет одного ампера. Этот цикл включения-выключения-включения-выключения называется «прерыванием» фазного тока.Таким образом, название привода называется биполярным приводом прерывателя. Звучит как подходящее имя для меня.

Если источник питания на 2 вольта может накачать ток обмотки до одного ампера менее чем за миллисекунду, что, по вашему мнению, может сделать источник питания на 48 вольт?

Подробнее о приводах биполярных прерывателей в следующий раз.

Ага, именно моторный привод приводит в движение системы вокруг нас

Что заставляет их двигаться? Моторный привод.

Во-первых, это может быть связано с колесами, как в случае с автомобилем.Но что на самом деле движет этими движениями, так это двигателей . Кроме того, многие бытовые приборы, такие как холодильники, кондиционеры, вентиляторы, стиральные машины, сушилки и многие другие, требуют электродвигателей.

Да, именно моторный привод приводит в движение системы вокруг нас (фото предоставлено Texas Instruments)

Можно видеть, что моторы являются частью нашей повседневной жизни. Цель этой технической статьи – обсудить приводы двигателей и их силовую электронику – различные компоненты и требования к приложениям, с которыми мы сталкиваемся в бытовых и промышленных условиях.

Электродвигатель – это устройство , преобразующее электрическую энергию в механическую энергию . Его также можно рассматривать как устройство, передающее энергию от электрического источника к механической нагрузке. Система, в которой расположен двигатель и заставляет его вращаться, называется приводом, также называемым электроприводом или моторным приводом.

Функция моторного привода состоит в том, чтобы потреблять электрическую энергию от электрического источника и подавать электрическую энергию на двигатель, так что достигается желаемая механическая мощность.

Обычно это скорость двигателя, крутящий момент и положение вала двигателя. На рисунке 1 показана блок-схема моторного привода.

Рисунок 1 – Структурная схема системы моторного привода

Функции схемы силового преобразователя в моторном приводе:

1. Передача электрической энергии от источника, который может иметь заданное напряжение, ток и определенную частоту. и фаза в качестве входа
2. К электрическому выходу с желаемым напряжением, током, частотой и фазой на двигатель таким образом, чтобы достигалась необходимая механическая мощность двигателя для управления нагрузкой
3. Контроллер регулирует поток энергии посредством обратной связи, поступающей от датчика блок
4. Сигналы, измеряемые датчиками двигателя, являются маломощными, которые затем отправляются на контроллер.
5. Контроллер сообщает преобразователю, что ему нужно делать.Система обратной связи с обратной связью – это метод сравнения того, что на самом деле происходит, с тем, что двигатель должен выдавать
   , а затем соответствующей корректировки выхода для поддержания целевого выхода

КПД привода двигателя

Электродвигатели составляют 45 процентов от потребление всей электроэнергии во всех приложениях . Повышение эффективности систем моторных приводов потенциально может привести к значительному сокращению глобального потребления электроэнергии.

С ростом спроса на электроэнергию, а также с индустриализацией и урбанизацией во всем мире, возможность поставки энергии становится еще более сложной задачей. В рамках глобальных усилий по снижению энергопотребления и выбросов углерода в окружающую среду различные нормативные акты во многих странах выдвинули и постоянно работают над правительственными постановлениями по повышению эффективности моторных приводов.

Все эти требования делают необходимым наличие эффективной системы преобразователя мощности с использованием импульсных источников питания (SMPS) .В SMPS используются полупроводниковые переключатели питания (также называемые силовыми электронными переключателями) в режиме переключения и только во включенном и выключенном состояниях, что в идеальной ситуации дает 100-процентный КПД.

Системы силовой электроники в основном разработаны с использованием кремниевого управления питанием с силовыми полупроводниковыми переключателями. Эти переключатели представляют собой силовые полевые МОП-транзисторы, биполярные переходные транзисторы (BJT) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), которые значительно улучшили свои характеристики.Примеры включают более низкое сопротивление в открытом состоянии, повышенное напряжение блокировки и более высокие токи возбуждения.

Кроме того, широко разрабатываются с использованием широкозонных полупроводников, таких как карбид кремния (SiC) . SiC представляет особый интерес для моторных приводов, которые передают очень большую мощность при высоком уровне напряжения.

Классификация моторных приводов

Прежде чем мы углубимся в области применения моторных приводов и роль силовой электроники в этих системах, вот краткий обзор классификации моторных приводов (рис. 2).

Рисунок 2 – Классификация двигателей (* PMSM = синхронные двигатели с постоянными магнитами)

В Таблице 1 показано, где используются двигатели переменного тока (индукционные) и постоянного тока (щеточные и бесщеточные) с точки зрения уровней напряжения и мощности, а также плюсы и минусы каждый.

Таблица 1 – Сравнительный анализ двигателей

Преобразователь мощности в моторных приводах

Конфигурация привода для двигателей, приведенная в Таблице 1 выше, в целом такая же. Однако отличает топология силового преобразователя в схеме силового преобразователя .Поскольку большая часть этих приложений переходит на бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) или асинхронные двигатели, мы сосредоточимся на приложениях, в которых используются эти два типа двигателей.

В общем, выбор моторного привода может потребовать рассмотрения уровней мощности и напряжения при ответе на вопросы, которые зависят от области применения.

Примерами могут быть пусковой момент , инерция нагрузки, режим работы, условия окружающей среды или способность двигателя регенерировать .

Приводы электродвигателей переменного тока

Привод электродвигателей переменного тока, как следует из названия, требует входа переменного тока для асинхронного двигателя, используемого для привода больших промышленных нагрузок , таких как HVAC для коммерческих зданий – насосы и компрессоры, автоматизация производства, оборудование, требующее приспособлений для регулировки скорости, такое как конвейерные ленты, проходка туннелей, горнодобывающая промышленность, бумажные фабрики и многие другие.

Привод двигателя переменного тока принимает источник энергии переменного тока, выпрямляет его до напряжения шины постоянного тока и, реализуя сложные алгоритмы управления, преобразует постоянный ток обратно в переменный ток в двигатель, используя сложные алгоритмы управления, основанные на нагрузке.

На рисунке 3 ниже показана блок-схема привода с электродвигателем переменного тока. Силовой каскад и блоки питания отмечены бирюзовым цветом.

Силовой каскад

Топология силового преобразователя, используемого в силовом каскаде, представляет собой трехфазный инвертор , который передает мощность в диапазоне от кВт до МВт.Инверторы преобразуют постоянный ток в переменный ток. Типичные уровни напряжения на шине постоянного тока составляют 600–1200 В. Учитывая высокие уровни мощности и напряжения, трехфазный инвертор использует шесть изолированных драйверов затвора (рисунок 3).

В каждой фазе используется переключатель на биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) верхнего и нижнего плеча.

Обычно при работе в диапазоне 20–30 кГц каждая фаза подает положительные и отрицательные импульсы высокого напряжения постоянного тока на обмотки двигателя в переменном режиме.

Мощный IGBT требует изолированных драйверов затвора для управления их работой.Каждый IGBT управляется одним изолированным драйвером затвора. Гальваническая развязка между высоковольтным выходом драйвера затвора и низковольтными управляющими входами, поступающими от контроллера.

Рисунок 3 – Блок-схема привода электродвигателя переменного тока

Эмиттер верхнего IGBT поплавка, что требует использования изолированного драйвера затвора. Чтобы изолировать цепь высокого напряжения от цепи управления низкого напряжения, используются изолированные драйверы затвора для управления нижними IGBT.

Драйверы затвора преобразуют сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) от контроллера в импульсы затвора для полевых транзисторов или IGBT.Более того, эти драйверы затвора должны иметь встроенные функции защиты, такие как рассыщение, активное ограничение Миллера, мягкое выключение и т. Д.

Эти изолированные драйверы затвора обычно страдают от низкой мощности возбуждения, особенно когда допустимый ток возбуждения ниже диапазона 2А . Традиционно в этих приводах используются дискретные цепи для увеличения управляющего тока. В последнее время было разработано несколько ИС драйверов затвора, чтобы заменить дискретное решение.

Рисунок 4 иллюстрирует эту тенденцию.

Рисунок 4 – Топология трехфазного инвертора с повышающими источниками питания драйверов затворов для драйверов затворов IGBT в силовом каскаде

Чтобы воспользоваться преимуществами низких потерь проводимости в IGBT, драйверы затворов должны работать при напряжениях, намного превышающих их пороговое значение напряжение в пределах 15-18В. Кроме того, IGBT – это устройство с неосновной несущей, с высоким входным импедансом и большой биполярной токоведущей способностью. Характеристики переключения IGBT аналогичны характеристикам силового MOSFET.

В заданном состоянии при включении БТИЗ ведет себя так же, как силовой полевой МОП-транзистор , показывая аналогичные времена нарастания тока и спада напряжения. Однако ток переключения при выключении другой.

В конце события переключения IGBT имеет «хвостовой ток», которого нет для MOSFET. Этот хвост вызван неосновными носителями, захваченными в «основании» биполярной выходной секции IGBT. Это заставляет IGBT оставаться включенным.

В отличие от биполярного транзистора, невозможно извлечь эти несущие для ускорения переключения, поскольку нет внешнего соединения с базовой частью. Таким образом, устройство остается включенным, пока носители не рекомбинируют. Этот хвостовой ток увеличивает потери при выключении, что требует увеличения мертвого времени между проводимостью двух устройств для данной фазы полумостовой схемы.

Наличие отрицательного напряжения (от –5 до –10 В) на затворе помогает сократить время выключения, помогая рекомбинировать захваченные несущие .Когда IGBT включен, высокое значение dv / dt и паразитная емкость между затвором и эмиттером генерируют скачки напряжения на выводе затвора. Эти выбросы могут вызвать ложное включение нижнего IGBT. Наличие отрицательного напряжения на затворе помогает избежать ложного срабатывания триггера.

Обычно на затвор подается напряжение от 15 до 18 В для включения устройства, а отрицательное напряжение от –5 до –8 В применяется для отключения IGBT. Это требование является ключевым для определения номинальной мощности источника питания для драйвера IGBT.

Обычно такой источник питания представляет собой ШИМ-контроллер с топологией, которая имеет возможность масштабировать выходную мощность при управлении этими мощными IGBT. Типичные входы для этих источников питания регулируются до 24 В (поясняется вкратце).

Одним из примеров классической топологии, используемой для этого источника питания, является двухтактный изолированный преобразователь. Эта топология аналогична прямому преобразователю с двумя первичными обмотками. Преимущество двухтактных преобразователей перед преобразователями прямого и обратного направления состоит в том, что их можно масштабировать до более высоких мощностей в дополнение к более высокой эффективности.

Другие источники питания

На рис. 3 показан автономный источник питания, который потребляет энергию от универсальной трехфазной линии переменного тока на регулируемый выход 24 В постоянного тока. Из-за низкого уровня мощности (ниже 75 Вт) коррекция коэффициента мощности (PFC) не требуется.

Эти автономные источники питания обычно представляют собой интегральные схемы преобразователя с обратной топологией , которые могут быть контроллером с внешним полевым МОП-транзистором или встроенным контроллером или переключателем полевого МОП-транзистора.

Выбор микросхемы источника питания является гибким и зависит от уровня мощности, количества выходов и точности регулирования .Этот автономный источник питания обычно представляет собой отдельный модуль.

Выход 24 В постоянного тока представляет собой системную шину питания в системе привода двигателя переменного тока, которая вводится в источник питания смещения для силового каскада и неизолированного преобразователя постоянного тока в постоянный. Этот неизолированный регулятор постоянного / постоянного тока от системы 24 В обеспечивает питание контроллера, коммуникационных микроконтроллеров и микроконтроллеров безопасности, интерфейсных приемопередатчиков и преобразователей данных.

Приводы двигателей BLDC

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) становятся наиболее популярным выбором, заменяя щеточные двигатели постоянного и переменного тока на таких рынках, как HVAC, особенно из-за их более высокой эффективности и высокой надежности.Особый интерес представляют электроинструменты и бытовая техника, такая как холодильники, кондиционеры, пылесосы и другие подобные бытовые товары.

Использование BLDC на этих рынках снижает общий вес системы.

На рисунке 5 показана блок-схема моторного привода BLDC в беспроводном (с батарейным питанием) электроинструменте , таком как электродрель. Блоки питания показаны синим цветом.

Рисунок 5 – Блок-схема беспроводного моторного привода BLDC

Силовой каскад

Силовой каскад BLDC также является инвертором, аналогичным моторному приводу переменного тока , за исключением того, что вход может быть одно- или трехфазным .Напряжение на шине постоянного тока обычно составляет 48-600 В, в зависимости от уровней мощности. Переключатель обычно представляет собой силовой полевой МОП-транзистор с частотой около 100 кГц. Драйверы затвора представляют собой драйверы верхнего и нижнего плеча или полумостовые драйверы на каждую фазу инвертора и не требуют изоляции.

Функции защиты не так важны, как те, которые необходимы для привода электродвигателя переменного тока, за исключением управления мертвым временем, чтобы избежать прострела, поскольку драйверы верхнего и нижнего плеча работают от одной ИС.

Источники питания

Питание смещения на контроллер и драйверы затвора поступает от регулируемого источника питания от батареи.Типичной батареей, используемой в этом пространстве, является пятиэлементная литий-ионная (Li-Ion) батарея с номинальным напряжением 18 В. Поскольку это беспроводные инструменты, для периодической зарядки дрели требуется настенное зарядное устройство.

Обычно зарядка в диапазоне 50–1000 Вт выполняется с помощью изолированного контроллера , который зависит от топологии и уровня мощности.

Кроме того, PFC обычно не требуется, если уровень мощности не находится в пределах нескольких сотен Вт . Типичные контроллеры зарядки основаны на топологиях Y-back, чередующегося Y-возврата или двухтактной топологии.