Электропривод и электрооборудование

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

Г.Я. Иванов, А.Ю. Кузнецов, В.В. Дмитриев

ЭЛЕКТРОПРИВОД 

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Учебное пособие

Новосибирск 2011

УДК 631.3 – 83 + 621.3 (075)
ББК 40.76, Я 73
Э 453 

Рецензент: канд. техн. наук, доц. В.Л. Основич 

Иванов Г.Я. Электропривод и электрооборудование: 

учебное пособие / Г.Я. Иванов, А.Ю. Кузнецов, В.В. Дмитриев; Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т. – Новосибирск, 2011. – 56 с.

Учебное пособие содержит основные сведения по те
ории и расчету электроприводов. Приведены примеры и решения типовых задач. 

Предназначено для студентов всех форм обучения по на
правлению подготовки 110800 и по специальности 110302 – 
Электрификация и автоматизация сельского хозяйства.

Утверждено и рекомендовано к изданию методиче
ским советом Инженерного института (протокол № 18 от 
31 мая 2011 г.).

© Г.Я. Иванов, А.Ю. Кузнецов, 
В.В. Дмитриев, 2011
© Новосибирский государственный 
аграрный университет 2011

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие предназначено для проведения прак
тических занятий по дисциплине «Электропривод и электрооборудование». Оно знакомит студентов с основными 
теоретическими положениями расчета и проектирования 
электропривода.

Задачи и примеры посвящены вопросам оценки и рас
чета механических и регулировочных характеристик электроприводов с двигателями постоянного и переменного 
тока, в том числе с релейным управлением посредством регулируемых сопротивлений в цепях электродвигателей.

В процессе выполнения практических заданий и работ 

студенты приобретают навыки управления координатами 
электропривода и их регулирования, умение исследовать и 
анализировать его характеристики.

Учебное пособие написано в соответствии с програм
мой общего курса «Электрический привод» для студентов 
специальности «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства». При написании пособия были использованы 
учебники по электроприводу М.Г. Чиликина, А.С. Сандлера, 
В.В. Москаленко, И.Я. Браславского, Н.Ф. Ильинского и др.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ 

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

1.1. Классификация электроприводов

Большое число реализуемых с помощью электропри
вода тех нологических процессов определяет многообразие 
уже действу ющих и вновь создаваемых электроприводов. 
Между собой они различаются назначением, степенью автоматизации, характером движения двигателя, используемой элементной базой и многими другими признаками, по 
которым осуществляется их классифи кация. История электропривода показывает процесс его развития и совершенствования.

Общая структурная схема электропривода приведена 

на рис. 1.1, где утолщенными линиями показаны силовые 
каналы энергии, а тонкими – маломощные (информационные) электри ческие цепи. 

Рис. 1.1. Структурная схема элект ропривода

Основным элементом ЭП является электрический дви
гатель (ЭД), который вырабатывает механическую энергию 
(МЭ) за счет потребляемой от источника электроэнергии 
(ИЭЭ) электриче ской энергии (ЭЭ). В некоторых режимах 
работы ЭП электродви гатель осуществляет и обратное пре

образование энергии, получая механическую энергию от 
исполнительных органов (ИО) и рабо тая при этом в генераторном режиме.

От электродвигателя механическая энергия подается 

на испол нительный орган рабочей машины (РМ) через механическую пе редачу (МП). В некоторых случаях ИО непосредственно соединя ется с ЭД, что соответствует безредукторному ЭП.

Электрическая энергия поступает в ЭП от источника 

электро энергии через преобразователь электрической энергии (Пр). 

Функции управления и автоматизации работы ЭП 

осуществ ляются устройством управления (УУ). Это устройство вырабаты вает сигнал управления Uу с использованием 
сигнала задания (уставки) Uзад, задающего характер движения исполнительного органа, дополнительных сигналов Uд.с.
(сигналов обратных связей), дающих информацию о ходе 
технологического процесса, характере движения исполнительного органа и работе отдельных элементов ЭП, а также 
сигналов системы защиты, блокировок и сигнализации Uзащ. 
Сигналы Uд.с. и Uзащ поступают от соответ ствующих датчиков переменных ЭП и технологического обору дования. Для 
преобразования этих сигналов в состав устройства управления входят устройства сопряжения и обработки поступающей информации. Преобразователь П вместе с устройством управления УУ образуют систему управления (СУ) 
электропри вода.

Итак, электрическим приводом называется электро
механическая система, состоящая из взаимодействующих 
электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих и информационных 
устройств и устройств сопряжения, предназначенная для 
приведения в движение исполни тельных органов рабочих 
машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Назначение указанных на рис. 1.1 элементов состоит в 

следующем.

Электродвигатель – электромеханический преобра
зователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую (в некоторых режимах работы 
ЭП – для обратного преобразования энергии).

Преобразователь электроэнергии – электротехни
ческое устрой ство, предназначенное для преобразования 
электрической энер гии одних параметров или показателей 
в электроэнергию других параметров или показателей и 
управления процессом преобразо вания энергии.

Механическая передача – механический преобразова
тель, пред назначенный для передачи механической энергии 
от электродви гателя к исполнительному органу рабочей машины и согласова ния вида и скоростей их движения.

Управляющее устройство – совокупность элементов 

и устройств, предназначенная для формирования управляющих воздействий в ЭП и обеспечивающая взаимодействие 
ЭП с сопредельными системами его отдельных частей. 

Система управления ЭП – совокупность преобразова
теля элек троэнергии и устройства управления, предназначенная для уп равления электромеханическим преобразованием энергии в целях обеспечения заданного движения 
исполнительного органа рабо чей машины.

Рабочая машина – машина, осуществляющая измене
ние формы, свойств, состояния и положения предметов труда.

Исполнительный орган рабочей машины – движущий
ся элемент рабочей машины, выполняющий технологическую операцию.

В табл. 1.1 приведены наиболее распространенные 

примеры реализации элементов ЭП.

ЭП классифицируются по числу используемых элек
тродвигателей, характеру движения, типам электродвигателя и силового преобразователя, структурам и технической 

реализации систем управления, наличию или отсутствию 
механической передачи и т.д. Выделим наиболее важные ее 
составляющие.

Таблица 1.1

Реализация элементов ЭП

Название
Обозначение 

на схеме
Возможные виды

Электродвига
тель
ЭД

Двигатели постоянного тока с 

раз личным возбуждением, асинхронные и синхронные двигатели, 
шаговый двигатель, вентильный 
двигатель, двигатели с катящимися 
и волновы ми роторами, редукторные двигатели

Преобразователь электро
энергии

П

Выпрямитель, преобразователь 

ча стоты, регуляторы напряжения по стоянного и переменного 
тока, ин верторы, импульсные 
преобразова тели напряжения

Механическая 

передача
МП

Редуктор, волновая передача, 

пере дача винт—гайка, реечная 
передача, цепная и ременная 
передачи, кривошипно-шатунный 
механизм

Устройство 
управления
УУ

Регулятор, микропроцес
сорные средства управления, 
программиру емый контроллер, релейная схема, устройства памяти, 
логические уст ройства, драйверы, 
цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразо ватели (ЦАП, 
АЦП), датчики пере менных ЭП и 
технологического про цесса

По соотношению числа двигателей и исполнитель
ных органов рабочих машин различают:

– групповой ЭП, обеспечивающий движение исполни
тельного органа нескольких рабочих машин или движение нескольких исполнительных органов одной рабочей машины; 

– индивидуальный ЭП, обеспечивающий движение од
ного ис полнительного органа одной рабочей машины;

– взаимосвязанный ЭП, состоящий из двух или более 

двигате лей или механически связанных между собой ЭП, 
при работе ко торых поддерживается заданное соотношение 
их скоростей и (или) нагрузок, и (или) положения исполнительных органов рабочих машин. 

При наличии механической связи между ЭП взаимосвя
занный ЭП называется многодвигательным, при наличии 
элект рической связи – электрическим валом.

По характеру движения исполнительных органов 

рабо чих машин различают:

– ЭП вращательного движения, обеспечивающий враща
тель ное движение исполнительных органов рабочих машин;

– ЭП поступательного движения, обеспечивающий 

посту па тель ное движение исполнительных органов рабочих машин;

– ЭП возвратно-поступательного движения, обеспе
чиваю щий возвратно-поступательное (вибрационное) движение ис полнитель ных органов рабочих машин;

– ЭП непрерывного движения, обеспечивающий непрерыв
ное движение исполнительных органов рабочих машин;

– ЭП дискретного движения, обеспечивающий дискрет
ное пе ремещение исполнительных органов рабочих машин;

– реверсивный ЭП, обеспечивающий движение испол
нитель ных органов рабочих машин в любом из двух противоположных направлений;

– нереверсивный ЭП, обеспечивающий движение 

исполни тель ных органов рабочих машин только в одном 
направлении; 

– многокоординатный ЭП, обеспечивающий движение 

испол нительных органов рабочих машин по двум или более 
простран ственным координатам;

– моментный ЭП, обеспечивающий заданный момент 

или уси лие на исполнительных органах рабочих машин;

– позиционный ЭП, обеспечивающий перемещение и 

уста нов ку исполнительных органов рабочих машин в заданное по ложе ние;

– многоскоростной ЭП, обеспечивающий движение 

исполни тельных органов рабочих машин с любой из двух 
или более фик сированных скоростей;

– регулируемый ЭП, обеспечивающий управляемое 

изменение координат движения исполнительных органов 
рабочих машин;

– нерегулируемый ЭП, не обеспечивающий управляе
мое изме нение координат движения исполнительных органов рабочих ма шин;

– ЭП согласованного движения, обеспечивающий со
гласованное движение двух или более исполнительных органов рабочих машин.

По характеру и структуре системы управления раз
личают:

– неавтоматизированные ЭП, операции по управлению 

кото рыми выполняет оператор;

– автоматизированные ЭП, все или часть операций 

управления в которых выполняют устройства управления; 

– следящие ЭП, обеспечивающие перемещение испол
нительных органов рабочих машин в соответствии с произвольно изме няющимся входным задающим сигналом;

– ЭП с программным управлением, обеспечивающие 

переме щение исполнительных органов рабочих машин в 
соответствии с заданной программой;

– адаптивные ЭП, автоматически избирающие струк
туру и (или) параметры своей системы управления при изменении возмуща ющих воздействий; 

– ЭП с регулированием энергетических показателей, 

обеспечивающие заданный закон изменения одного или нескольких энер гетических показателей работы;

– ЭП с разомкнутой (замкнутой) системой управления, 

в ко торых отсутствуют (имеются) обратные связи по регулируемым координатам и (или) возмущающему воздействию.

По технической (аппаратной) реализации элемен
тов ЭП раз личают: 

– ЭП постоянного (переменного) тока, содержащие 

двигатели постоянного (переменного) тока;

– тиристорные (транзисторные) ЭП, содержащие тири
сторные (транзисторные) преобразователи электроэнергии;

– система «генератор – двигатель» (система «статиче
ский преобразователь – двигатель») – ЭП, в состав которых 
входят элек тромашинные (статические) преобразователи 
электроэнер гии;

– ЭП с релейно-контакторным (бесконтактным) управ
лением, система управления которыми реализована на основе ре лейно-контакторной (бесконтактной) аппаратуры; 

– ЭП с мехатронным модулем, объединяющим двига
тель с элек тронными и электромеханическими компонентами управле ния, диагностики и защиты;

– редукторные (безредукторные) ЭП, механическая 

пере дача которых содержит (не содержит) редуктор;

– маховичные ЭП, механическая передача которых 

содер жит маховик; 

– дифференциальные ЭП, представляющие собой мно
годвигательные ЭП, в которых скорость и момент двигателей алгебраически суммируются с помощью механического 
дифференциала;

– ЭП с тормозным устройством (управляемой муф
той), ме ханическая передача которых содержит тормозное 
устройство (уп равляемую муфту).

1.2. Структуры электроприводов

В зависимости от выполняемых функций, вида и чис
ла ре гулируемых переменных и степени автоматизации 
технологиче ских процессов реализация ЭП, которая иллюстрируется рис. 1.2, может быть самой разнообразной.