Cechy rozwoju nowoczesnego napędu elektrycznego

Zadania doskonalenia współczesnego napędu elektrycznego

W związku z rozpadem ZSRR i restrukturyzacją społeczeństwa nastąpiły istotne zmiany w organizacji pracy przemysłu elektrycznego w Rosji. W okresie intensywnego rozwoju przemysłu elektrotechnicznego powstawały głównie w republikach związkowych nowe zakłady produkujące elementy do napędów elektrycznych. Dlatego po rozpadzie ZSRR wiele przedsiębiorstw elektrotechnicznych znalazło się poza Rosją, co wymusiło restrukturyzację struktury przemysłu elektrotechnicznego, w wyniku czego wiele zakładów zmieniło i rozszerzyło asortyment wyrobów.

Spadek wolumenu produktów przemysłowych z rosyjskich przedsiębiorstw pod koniec XX wieku doprowadził do spadku zużycia energii elektrycznej w kraju. W okresie od 1986 do 2001 roku spadek zużycia energii elektrycznej w Rosji nastąpił o 18% (z 1082,2 mld kWh do 888 mld kWh), aw krajach WNP jeszcze bardziej — o 24% (z 1673,5 mld kWh do 1275 mld kWh). miliardów kWh).Doprowadziło to do zmniejszenia zapotrzebowania na nowe napędy elektryczne, co wpłynęło na tempo ich rozwoju.

Jednak pod koniec XX wieku w Rosji zautomatyzowano ruch napędzany energią elektryczną pozostaje głównym konsumentem energii elektrycznej i nadal rozwija się jako gałąź elektrotechniki i jako jeden z głównych kierunków elektrotechniki. Dzięki osiągnięciom przemysłu elektrycznego w zakresie tworzenia maszyn elektrycznych, transformatorów, urządzeń elektrycznych, urządzeń do przetwarzania energii, nowoczesny napęd elektryczny jest w stanie sprostać wysokim wymaganiom stawianym automatyzacji obsługiwanych mechanizmów i linii technologicznych.

Analiza obecnego stanu elektryfikacji przemysłu i rozwoju zintegrowanych systemów automatyki pokazuje, że ich podstawą jest zmienny napęd elektryczny, który jest coraz częściej wykorzystywany we wszystkich sferach życia i aktywności społeczeństwa — od produkcji przemysłowej po sferę życia codziennego.

Ze względu na ciągłe doskonalenie parametrów technicznych napędów elektrycznych są one podstawą współczesnego postępu technicznego we wszystkich obszarach zastosowań. Jednocześnie obserwuje się szereg osobliwości w rozwoju nowoczesnego zautomatyzowanego napędu elektrycznego, ze względu na stan jego bazy elementarnej i potrzeby produkcyjne.

Pierwszą cechą charakterystyczną napędu elektrycznego na tym etapie jego rozwoju jest rozszerzenie pola zastosowania napędu elektrycznego o zmiennej częstotliwości, głównie za sprawą ilościowego i jakościowego rozwoju napędów prądu przemiennego.

Udoskonalenia poczynione w ostatnich latach w tyrystorowych i tranzystorowych przekształtnikach częstotliwości doprowadziły do ​​intensywnego rozwoju regulowanych napędów elektrycznych z wykorzystaniem asynchronicznych silników elektrycznych o prostszej konstrukcji i mniejszym zużyciu metalu, co doprowadziło do wyparcia sterowalnych napędów elektrycznych prądu stałego, które obecnie mają dominujące zastosowanie w Rosji.

Drugą cechą charakterystyczną rozwoju współczesnego napędu elektrycznego są zwiększone wymagania dotyczące dynamicznych i statycznych wskaźników napędu elektrycznego, rozbudowa i skomplikowanie jego funkcji związanych z zarządzaniem instalacjami i procesami technologicznymi... Rozwój napędu elektrycznego podąża ścieżką tworzenia cyfrowe systemy sterowania i rozszerzanie wykorzystania nowoczesnych technologia mikroprocesorowa.

Prowadzi to do złożoności układów napędów elektrycznych, a co za tym idzie do prawidłowego określenia zadań, które można skutecznie rozwiązać za pomocą nowoczesnych sterowników mikroprocesorowych.

Trzecią cechą charakterystyczną rozwoju napędu elektrycznego jest chęć ujednolicenia jego bazy elementarnej, stworzenia kompletnych napędów elektrycznych z wykorzystaniem nowoczesnej mikroelektroniki i zasady blokowo-modułowej... Realizacja tej podstawy to proces dalszego rozwoju i doskonalenia kompletnych napędów elektrycznych napędy wykorzystujące układy regulacji częstotliwości dla silników prądu przemiennego.

Czwartą cechą rozwoju nowoczesnego napędu elektrycznego jest jego szerokie zastosowanie do wdrażania energooszczędnych technologii w zarządzaniu procesami produkcyjnymi... Rozwój przemysłu determinuje rosnące znaczenie zautomatyzowanego napędu elektrycznego jako podstawy energetycznej automatyzacja procesów produkcyjnych.

Napęd elektryczny jest głównym konsumentem energii elektrycznej. Z całkowitej ilości energii elektrycznej produkowanej w naszym kraju ponad 60% jest przetwarzane za pomocą napędu elektrycznego na ruch mechaniczny, zapewniający działanie maszyn i mechanizmów we wszystkich gałęziach przemysłu iw życiu codziennym. Pod tym względem wskaźniki energetyczne masowych napędów elektrycznych małej i średniej mocy mają ogromne znaczenie w rozwiązywaniu problemów technicznych i ekonomicznych.

Problem racjonalnego, oszczędnego zużycia energii elektrycznej wymaga dziś szczególnej uwagi. W związku z tym rozwój napędu elektrycznego wymaga pilnego rozwiązania problemu racjonalnego projektowania i użytkowania napędu elektrycznego z punktu widzenia energochłonności. Problem ten wymaga badań i opracowania działań mających na celu poprawę sprawności napędów elektrycznych oraz uporządkowanie zarządzania maszynami technologicznymi, co zmniejsza ich zużycie energii elektrycznej.

Piątą cechą rozwoju współczesnego napędu elektrycznego jest dążenie do organicznej fuzji silnika i mechanizmu... Wymóg ten determinuje ogólny trend w rozwoju technologii mający na celu uproszczenie łańcuchów kinematycznych maszyn i mechanizmów , co stało się możliwe dzięki udoskonaleniu układów regulowanego napędu elektrycznego wbudowanego konstrukcyjnie w mechanizm.

Jednym z przejawów tego trendu jest chęć szerokiego zastosowania napęd elektryczny bez przekładni... Obecnie stworzono potężne bezprzekładniowe napędy elektryczne do walcarek, maszyn górniczych, głównych mechanizmów koparek i wind szybkobieżnych. W urządzeniach tych zastosowano silniki wolnoobrotowe o nominalnej prędkości obrotowej od 8 do 120 obr/min Pomimo zwiększonych gabarytów i ciężaru takich silników, zastosowanie napędów elektrycznych z napędem bezpośrednim w porównaniu do przekładni jest uzasadnione ich większą niezawodnością i szybkością.

Stan obecny, wieloletnie zadania oraz trendy w rozwoju napędu elektrycznego determinują potrzebę doskonalenia jego bazy elementarnej.

Perspektywy rozwoju bazy elementarnej napędu elektrycznego

Rozważając rozwój nowoczesnego napędu elektrycznego należy wziąć pod uwagę, że obiektywnym trendem doskonalenia urządzeń elektrycznych jest ich komplikowanie, ze względu na zwiększone zapotrzebowanie na procesy technologiczne oraz rozszerzanie się właściwości użytkowych wyrobów elektrycznych.

W tych warunkach głównym zadaniem rozwoju napędu elektrycznego i jego środków sterowania jest jak najpełniejsze zaspokojenie wymagań stawianych automatyzacji pracujących maszyn, mechanizmów i linii technologicznych.Jednocześnie możliwości te można najefektywniej realizować przy przy pomocy nowoczesnych mikroprocesorów napędy o zmiennej prędkości obrotowej.

Obecnie głównym zadaniem jest rozszerzenie obszarów zastosowań napędów prądu przemiennego o zmiennym napięciu. Pomyślne rozwiązanie tego problemu pozwala zwiększyć elektryczne wyposażenie pracy, zmechanizować i zautomatyzować wiele instalacji i procesów technologicznych, co znacznie zwiększy wydajność pracy.

W tym celu konieczne jest rozwiązanie szeregu problemów naukowych, technicznych i produkcyjnych z zakresu elektrotechniki, gdyż rozwój elektrycznych układów napędowych wymaga doskonalenia elementów przekładni mechanicznych, silników elektrycznych, półprzewodnikowych przetworników energii oraz mikrokontrolerów.

Udoskonalanie mechanicznych przetworników ruchu

Kompleksowe rozwiązanie zagadnień doskonalenia nowoczesnych napędów elektrycznych i opartych na nich zespołów elektromechanicznych wymaga szczególnej uwagi przy projektowaniu i realizacji mechanicznych przetworników ruchu. Obecnie istnieje rosnąca tendencja do upraszczania urządzeń mechanicznych urządzeń procesowych i komplikowania ich komponentów elektrycznych.

Przy projektowaniu nowych urządzeń technologicznych często stosuje się „krótkie” przekładnie mechaniczne i napędy elektryczne z napędem bezpośrednim.Z przeprowadzonych badań wynika, że ​​pod względem masy i wielkości oraz wskaźników sprawności napędy elektryczne bezprzekładniowe dorównują wagą i wielkością oraz wskaźnikami sprawności napędom elektrycznym z przekładnią, jeśli weźmie się pod uwagę nie tylko silnik elektryczny, ale również przekładnię.

Istotną korzyścią wynikającą z zastosowania sztywnych przekładni mechanicznych oraz bezprzekładniowych napędów elektrycznych jest osiągnięcie wyższych wskaźników jakości układów sterowania ruchem korpusów wykonawczych maszyn oraz niezawodności mechanizmów. Wynika to z faktu, że rozbudowane przekładnie mechaniczne objęte sprzężeniem zwrotnym znacznie ograniczają pasmo przenoszenia układu sterowania napędem elektrycznym ze względu na występowanie sprężystych drgań mechanicznych.

Najprostsze przekładnie mechaniczne do ogólnych zastosowań przemysłowych mają zwykle kilka częstotliwości rezonansowych drgań sprężystych ze względu na elastyczność zębów, wałów i wsporników. Jeśli dodamy do tego konieczność komplikowania mechaniki ze względu na stosowanie urządzeń do pobierania próbek z luzem, staje się oczywiste, że stosowanie napędów bezprzekładniowych będzie coraz bardziej istotne, zwłaszcza w przypadku urządzeń procesowych o wysokiej wydajności i jakości.

Obiecującym kierunkiem rozwoju napędów elektrycznych jest zastosowanie liniowych silników elektrycznych, które umożliwiają wyłączenie nie tylko skrzyni biegów, ale także urządzeń przetwarzających ruch obrotowy wirników silników na ruch postępowy mechanizmu roboczego. korpusy maszyn.Napęd elektryczny z silnikiem liniowym jest organiczną częścią ogólnej konstrukcji maszyny, niezwykle upraszczając jej kinematykę i stwarzając możliwości optymalnego zaprojektowania maszyn z translacyjnym ruchem ciał roboczych.

W ostatnim czasie intensywnie rozwija się wyposażenie technologiczne z silnikami elektrycznymi wbudowanymi w mechanizm. Przykładami takich urządzeń są:

• elektronarzędzia,

• silniki do napędu robotów i manipulatorów osadzonych w przegubach,

• napędy elektryczne wciągarek, w których silnik jest konstrukcyjnie połączony z bębnem pełniącym rolę wirnika.

W ostatnich latach w praktyce krajowej i zagranicznej zaobserwowano tendencję do głębszej integracji przekształtnika elektromechanicznego (silnika elektrycznego) z korpusem roboczym i niektórymi urządzeniami sterującymi. Jest to np. koło silnikowe w trakcyjnym napędzie elektrycznym, elektrowrzeciono w szlifierkach wahadłowiec jest poruszającym się postępowo elementem liniowego napędu elektrycznego urządzeń tkackich, korpusem wykonawczym konstruktora współrzędnych z silnikiem o dwóch współrzędnych (X, Y).

Trend ten jest postępowy, ponieważ zintegrowane napędy elektryczne charakteryzują się niższym zużyciem materiału, lepszą charakterystyką energetyczną, są kompaktowe i łatwe w użyciu. Jednak stworzenie niezawodnych i ekonomicznych zintegrowanych napędów elektrycznych musi być poprzedzone kompleksowymi badaniami teoretycznymi i eksperymentalnymi, a także pracami projektowymi prowadzonymi na nowoczesnym poziomie, które koniecznie obejmują optymalizację parametrów, uzyskanie szacunków niezawodności.Ponadto prace w tym kierunku powinny być prowadzone przez specjalistów o różnych profilach.

Zobacz też: Zmienny napęd elektryczny jako sposób oszczędzania energii