Rysy vývoje moderního elektrického pohonu

Úkoly zlepšení moderního elektrického pohonu

V souvislosti s rozpadem SSSR a restrukturalizací společnosti došlo k významným změnám v organizaci práce elektrotechnického průmyslu v Rusku. V období intenzivního rozvoje elektrotechnického průmyslu byly především v unijních republikách vybudovány nové továrny na výrobu komponentů pro elektropohony. Po rozpadu SSSR se proto mnoho elektrotechnických podniků ocitlo mimo Rusko, což si vyžádalo restrukturalizaci struktury elektrotechnického průmyslu, v důsledku čehož se řada továren změnila a rozšířila sortiment.

Pokles objemu průmyslových výrobků z ruských podniků na konci 20. století vedl k poklesu spotřeby elektřiny v zemi. V období od roku 1986 do roku 2001 došlo v Rusku ke snížení spotřeby elektřiny o 18 % (z 1082,2 miliardy kWh na 888 miliard kWh) a v zemích SNS to bylo ještě více — o 24 % (z 1673,5 miliardy kWh na 1275 miliardy kWh).To vedlo k poklesu potřeby nových elektrických pohonů, což ovlivnilo tempo jejich vývoje.

Nicméně, na konci 20. století v Rusku automatizované pohyb poháněný elektřinou zůstává významným spotřebitelem elektrické energie a nadále se rozvíjí jako odvětví elektrotechniky a jako jeden z hlavních směrů elektrotechniky. Díky úspěchům elektrotechnického průmyslu v oblasti vytváření elektrických strojů, transformátorů, elektrických zařízení, zařízení pro přeměnu energie je moderní elektrický pohon schopen splnit vysoké požadavky na automatizaci mechanismů a technologických linek, které obsluhuje.

Analýza současného stavu průmyslové elektrifikace a vývoje integrovaných automatizačních systémů ukazuje, že jejich základem je variabilní elektrický pohon, který se stále více uplatňuje ve všech sférách života a činnosti společnosti — od průmyslové výroby až po sféru každodenního života.

Vzhledem k neustálému zlepšování technických vlastností elektrických pohonů jsou základem moderního technického pokroku ve všech oblastech použití. Při vývoji moderního automatizovaného elektropohonu je přitom sledována řada zvláštností, vzhledem ke stavu jeho elementové základny a potřebám výroby.

První charakteristikou elektropohonu v této fázi jeho vývoje je rozšíření oblasti použití variabilního elektropohonu, především díky kvantitativnímu a kvalitativnímu růstu střídavých pohonů s proměnnou frekvencí.

Zlepšení provedená v posledních letech u tyristorových a tranzistorových frekvenčních měničů vedla k intenzivnímu vývoji nastavitelných elektrických pohonů využívajících asynchronní elektromotory s jednodušší konstrukcí a s nižší spotřebou kovu, což vedlo k vytlačení řiditelných stejnosměrných elektrických pohonů, které mají v současnosti převládající aplikace v Rusku.

Druhou charakteristikou vývoje moderního elektropohonu jsou zvýšené požadavky na dynamické a statické ukazatele elektropohonu, rozšiřování a komplikování jeho funkcí souvisejících s řízením technologických instalací a procesů... Vývoj elektropohonu jde cestou vytváření digitálních řídicích systémů a rozšiřování využití modern mikroprocesorové technologie.

To vede ke složitosti systémů elektrického pohonu, tedy ke správnému stanovení úloh, které lze efektivně řešit pomocí moderních mikroprocesorových regulátorů.

Třetí charakteristikou vývoje elektropohonu je snaha sjednotit jeho elementovou základnu, vytvořit kompletní elektropohony s využitím moderní mikroelektroniky a blokově modulového principu... Implementace tohoto základu je procesem dalšího vývoje a zdokonalování kompletních elektropohonů. pohony využívající systémy řízení frekvence pro střídavé motory.

Čtvrtou charakteristikou vývoje moderního elektrického pohonu je jeho široké využití pro implementaci energeticky úsporných technologií do řízení výrobních procesů... Rozvoj průmyslu předurčuje rostoucí význam automatizovaného elektrického pohonu jako energetického základu automatizaci výrobních procesů.

Elektrický pohon je hlavním spotřebitelem elektrické energie. Z celkového objemu vyrobené elektřiny u nás se více než 60 % přeměňuje pomocí elektrického pohonu na mechanický pohyb, zajišťující chod strojů a mechanismů ve všech průmyslových odvětvích i v běžném životě. V tomto ohledu mají energetické ukazatele hromadných elektrických pohonů malého a středního výkonu velký význam při řešení technických a ekonomických problémů.

Problém racionální, ekonomické spotřeby elektřiny dnes vyžaduje zvláštní pozornost. V souladu s tím vývoj elektrického pohonu vyžaduje naléhavé řešení problému racionálního návrhu a použití elektrického pohonu z hlediska spotřeby energie. Tento problém vyžaduje výzkum a vývoj opatření zaměřených na zlepšení účinnosti elektrických pohonů a organizaci řízení technologických strojů, které snižují jejich spotřebu elektrické energie.

Pátou charakteristikou vývoje moderního elektrického pohonu je touha po organické fúzi motoru a mechanismu... Tento požadavek je dán obecným trendem ve vývoji technologií zaměřených na zjednodušení kinematických řetězců strojů a mechanismů. , což bylo možné díky zdokonalení systémů nastavitelného elektrického pohonu, který je konstrukčně zabudován do mechanismu.

Jedním z projevů tohoto trendu je touha po širokém využití elektrického pohonu bez převodů... V současné době vznikly výkonné bezpřevodové elektropohony pro válcové mlýny, důlní zvedací stroje, hlavní mechanismy rypadel a vysokorychlostní výtahy. Tato zařízení využívají pomaloběžné motory s jmenovitou rychlostí otáčení od 8 do 120 ot./min.. I přes zvýšenou velikost a hmotnost takových motorů je použití elektropohonů s přímým pohonem oproti ozubeným převodům odůvodněno jejich větší spolehlivostí a rychlostí.

Současný stav, dlouhodobé úkoly a trendy ve vývoji elektrického pohonu určují potřebu zdokonalování jeho elementové základny.

Perspektivy rozvoje elementární základny elektrického pohonu

S ohledem na rozvoj moderního elektropohonu je nutné vzít v úvahu, že objektivním trendem zdokonalování elektrozařízení je jeho komplikace, a to z důvodu zvýšené náročnosti technologických postupů a rozšiřování spotřebitelských vlastností elektrotechnických výrobků.

Za těchto podmínek je hlavním úkolem vývoje elektrického pohonu a jeho ovládacích prostředků co nejúplnější uspokojení požadavků na automatizaci pracovních strojů, mechanismů a technologických linek.Tyto možnosti lze přitom nejefektivněji realizovat s pomocí moderních mikroprocesorů.pohony s proměnnou rychlostí.

V současné době je hlavním úkolem rozšíření aplikačních oblastí střídavých pohonů s proměnným napětím. Úspěšné řešení tohoto problému umožňuje zvýšit elektrické vybavení pracovní síly, mechanizovat a automatizovat mnoho technologických instalací a procesů, což výrazně zvýší produktivitu práce.

K tomu je nutné vyřešit řadu vědeckých, technických a výrobních problémů v oblasti elektrotechniky, neboť vývoj elektrických pohonných systémů vyžaduje zdokonalení prvků mechanických převodovek, elektromotorů, polovodičových měničů energie a mikrokontrolérů.

Vylepšení mechanických snímačů pohybu

Komplexní řešení problematiky zdokonalování moderních elektrických pohonů a na nich založených elektromechanických komplexů vyžaduje zvláštní pozornost při návrhu a realizaci mechanických měničů pohybu. V současnosti narůstá trend zjednodušovat mechanická zařízení procesních zařízení a komplikovat jejich elektrické komponenty.

Při navrhování nových technologických zařízení využívají spíše „krátké“ mechanické převody a přímé pohony elektropohony.Provedené studie ukazují, že z hlediska hmotnosti a velikosti a ukazatelů účinnosti jsou bezpřevodové elektropohony srovnatelné s hmotností a velikostí a ukazateli účinnosti převodových elektropohonů, pokud se vezme v úvahu nejen elektromotor, ale také převodovka.

Významným přínosem při použití pevných mechanických převodů a bezpřevodových elektrických pohonů je dosažení vyšších ukazatelů kvality systémů řízení pohybu výkonných orgánů strojů a spolehlivosti mechanismů. To je způsobeno skutečností, že rozšířené mechanické převody pokryté zpětnou vazbou výrazně omezují šířku pásma řídicího systému elektrického pohonu kvůli přítomnosti elastických mechanických vibrací.

Nejjednodušší mechanické převody pro obecné průmyslové aplikace mají obvykle několik rezonančních frekvencí elastických vibrací v důsledku ohebnosti zubů, hřídelí a podpěr. Připočteme-li k tomu nutnost komplikovat mechaniku používáním zařízení pro odběr vzorků vůle, je zřejmé, že použití bezpřevodových pohonů bude stále aktuálnější, zejména pro vysoce výkonná a kvalitní procesní zařízení.

Slibným směrem ve vývoji elektrických pohonů je použití lineárních elektromotorů, které umožňují vypnout nejen převodovku, ale i zařízení převádějící rotační pohyb rotorů motorů na translační pohyb pracovního těla strojů.Elektrický pohon s lineárním motorem je organickou součástí celkové konstrukce stroje, extrémně zjednodušuje jeho kinematiku a vytváří možnosti pro optimální konstrukci strojů s translačním pohybem pracovních těles.

V poslední době se intenzivně rozvíjí technologická zařízení s elektromotory zabudovanými v mechanismu. Příklady takových zařízení jsou:

• elektrické nářadí,

• motory pro pohon robotů a manipulátorů uložených v kloubových spojích,

• elektrické pohony zdvihacích navijáků, u kterých je motor konstrukčně kombinován s bubnem, který funguje jako rotor.

V tuzemské i zahraniční praxi je v posledních letech pozorován trend hlubší integrace elektromechanického měniče (elektromotoru) s pracovním orgánem a některými ovládacími zařízeními. Jedná se např. o motorové kolo u trakčního elektrického pohonu, elektrovřeteno u brusek je člunek translačně pohyblivý prvek lineárního elektrického pohonu tkacího zařízení, výkonný orgán souřadnicového konstruktéra s dvousouřadnicovým (X, Y) motorem.

Tento trend je progresivní, protože integrované elektrické pohony mají nižší spotřebu materiálu, mají zlepšené energetické vlastnosti, jsou kompaktní a snadno se používají. Vytvoření spolehlivých a hospodárných integrovaných elektrických pohonů však musí předcházet komplexní teoretické a experimentální studie, jakož i vývoj konstrukce prováděný na moderní úrovni, který nutně zahrnuje optimalizaci parametrů, získání odhadů spolehlivosti.Kromě toho by práci v tomto směru měli provádět odborníci z různých profilů.

Viz také: Variabilní elektrický pohon jako prostředek úspory energie