Основы электропривода

T E R R A  M E C H A N I C A

О С Н О В Ы 

Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А

Допущено Учебно-методическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию
в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся
по машиностроительным направлениям подготовки

А. Б. К РА С О В С К И Й

2-е издание, исправленное

 
 
 
© Красовский А.Б., 2015 
 
© Красовский А.Б., 2019, 
 
    с изменениями 
 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-5156-2 
               МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 

УДК 621.313 
ББК 31.261 
          К78 
 
 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, профессор кафедры электротехники НИЯУ МИФИ  
М.В. Немцов; д-р техн. наук, профессор кафедры  
автоматизированного электропривода  
МЭИ М.Г. Бычков 
 
Красовский, А. Б. 
Основы электропривода : учебное пособие / А. Б. Красовский. — 
2-е изд., испр. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2019. — 40 , [ ] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-5156-2 

Кратко изложены основы теории современного автоматизированного 
электропривода. Рассмотрены принципы построения и составные 
части электроприводов, их характеристики в статических и 
динамических режимах работы с двигателями постоянного и переменного 
тока, а также основные принципы управления и проекти-
рования. 
Учебное пособие ориентировано прежде всего на студентов 
вузов неэлектротехнических специальностей, поэтому в отличие от 
большинства книг по основам электропривода содержит дополни-
тельные разделы по общим вопросам электромеханического преоб-
разования энергии, принципам работы и особенностям конструк-
ции основных типов электрических машин, силовой электронике. 
Учебное пособие будет также полезно и студентам электротехни-
ческих специальностей, начинающим изучать электропривод, а 
также практикующим инженерно-техническим работникам смеж-
ных областей.    
УДК 621.313 
                                                                                                      ББК 31.261 

К78 

1
7

Предисловие 
3 

Предисловие 

Электропривод за последние годы проник практически во все 
сферы человеческой деятельности. Он стал неотъемлемой частью 
большинства технологических установок и во многом определяет 
их качественный уровень, активно используется в быту, на транс-
порте и т. д. Поэтому представление о его современной элемент-
ной базе, физических принципах функционирования, методах 
управления, энергетике и основах проектирования необходимо 
специалистам, непосредственно не связанным с его разработкой  
и эксплуатацией. 
Изданные за прошедшие годы и пользующиеся заслуженной 
популярностью среди читателей многие книги по электроприводу 
ориентированы прежде всего на специалистов-электриков или 
студентов, выбравших электропривод или смежные с ним специ-
альности в качестве своей будущей профессиональной деятельно-
сти. Зачастую они избыточны по содержанию и к тому же предпо-
лагают соответствующий уровень подготовки читателя. В основу 
настоящей книги положен многолетний опыт автора в чтении лек-
ций по основам и специальным разделам электропривода в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана для студентов машиностроительных и техноло-
гических специальностей. 
При написании учебного пособия автор исходил из того, что 
базовая электротехническая подготовка студентов-неэлектриков, 
как правило, ограничена лишь содержанием общеинженерного 
курса «Электротехника и электроника». В отличие от известных 
учебников по основам электропривода, в издание дополнительно 
включены разделы, касающиеся общих закономерностей функ- 
ционирования электромеханических устройств, принципов рабо-
ты и особенностей конструкции основных типов электрических 
машин, силовой электроники. 
По мнению автора, такое дополнение способствует формиро-
ванию у читателя более целостного представления о современном 
электроприводе и снижает необходимость на начальном этапе зна-

 
Предисловие 

комства с предметом поиска нужной информации в других, зача-
стую разрозненных источниках. Вместе с тем автор надеется, что 
книга вызовет интерес у читателя к новой для него предметной 
области и в случае необходимости подготовит к чтению специ-
альной литературы. 
Электропривод как инженерная наука связан с именами таких 
выдающихся отечественных ученых и педагогов, как профессора 
МЭИ М.Г. Чиликин, В.П. Бычков, М.М. Соколов, А.А. Сиротин, 
А.С. Сандлер, В.И. Ключев, В.М. Терехов, Н.Ф. Ильинский,  
Б.А. Ивоботенко, Л.Б. Масандилов и других, со многими из кото-
рых автору выпала честь быть лично знакомым и учиться у них. 
Всем им выражаю искреннее почтение и благодарность. 
Улучшению содержания книги, несомненно, способствовали 
критические замечания и полезные советы профессора кафедры 
автоматизированного электропривода МЭИ Л.Б. Масандилова и 
рецензентов профессоров М.Г. Бычкова и М.В. Немцова, которым 
автор выражает особую признательность. Слова благодарности 
обращаю также к коллегам — сотрудникам кафедры электротех-
ники и промышленной электроники МГТУ им. Н.Э. Баумана и 
особенно к членам моей семьи, постоянно поддерживавшим и 
вдохновлявшим меня, проявлявшим исключительное терпение. 
 

6

Предисловие 
3 

Список сокращений 

АД 
— асинхронный двигатель 
AM 
— асинхронная машина 
БДПТ  
— бесконтактный двигатель постоянного тока 
ВАХ  
— вольт-амперная характеристика 
ВГ 
— вентильная группа 
Г 
— генератор 
Д 
— двигатель 
ДПТ 
— двигатель постоянного тока 

ДПТ НВ  — двигатель постоянного тока независимого возбуждения  
ДС 
— датчик скорости 

ДТ 
— датчик тока 

МДС  
— магнитодвижущая сила 
МПТ 
— машина постоянного тока 
МЧЭ 
— механическая часть электропривода 
НПЧ 
— непосредственный преобразователь частоты 
ОВ 
— обмотка возбуждения 
ОР 
— объект регулирования 
П 
— преобразователь 
ПВ 
— регулируемый источник питания обмотки возбуждения 
ПД 
— приводной двигатель 
ПН 
— преобразователь напряжения 
ПЧ 
— преобразователь частоты 
СГ 
— синхронный генератор 
СД 
— синхронный двигатель 
СИФУ  
— система импульсно-фазового управления 
СУ 
— система управления 
СЭП 
— силовой электрический преобразователь 
ТП 
— тиристорный преобразователь 
ФСУ 
— фазосдвигающее устройство 
ШД 
— шаговый двигатель 
ШИМ 
— широтно-импульсная модуляция 
ШИП 
— широтно-импульсный преобразователь 
ЭДС 
— электродвижущая сила 
 

Введение 

Введение 

В современном промышленном производстве для приведения в 
движение исполнительных механизмов рабочих машин (валков 
прокатного стана, поршня насоса, кабины лифта, шпинделя токар-
ного станка и т. п.) чаще всего используется электрический двига-
тель, который в совокупности с различными устройствами управ-
ления, механической передачей и исполнительным устройством 
называют электрическим приводом или электроприводом. Более 
половины всей вырабатываемой электрической энергии в настоя-
щее время потребляется электроприводом. 
Электроприводы выполняют на мощности от милли- до мега-
ватт. Области их применения разнообразны. Назначение электро-
привода определяет уровень его сложности, состав, конструктивные 
особенности и прочие характеристики. Например, электропривод 
современных наручных кварцевых часов можно отнести к миниа-
тюрным устройствам, тогда как электропривод крупного прокат-
ного стана или створок шлюза мощностью в coтни киловатт имеет 
значительные размеры и располагается в специально оборудован-
ном для него помещении. Однако электроприводы различаются не 
только мощностью и габаритами. Иногда можно встретить элек-
тропривод, в котором, например, трудно выделить электродвига-
тель как отдельную конструктивную единицу. Так, в робототехни-
ке получила широкое развитие тенденция к конструктивной инте-
грации элементов электропривода с исполнительным механизмом 
(колонна робота является частью двигателя и т. п.). 
Для того чтобы научиться правильно ориентироваться в этом 
многообразии, необходимо определить то общее, что присуще 
всем электроприводам независимо от их назначения и техниче-
ской реализации. Очевидно, что общим для всех типов электро-
приводов является преобразование электрической энергии в ме-
ханическую. Это преобразование выполняется электрическим 
двигателем, который также называют электрической машиной 
или электромеханическим преобразователем энергии. 

Введение 

С одной стороны, электромеханический преобразователь энергии 
имеет электрический вход и механический выход (в режиме 
двигателя), с другой, как мы увидим далее, — в электроприводе 
часто осуществляется и обратное преобразование механической 
энергии в электрическую. В этом случае, конечно, вход и выход в 
электромеханическом преобразователе энергии меняются местами 
(в режиме генератора). 
Современный электропривод можно рассматривать как электромеханическую 
систему, в которой электрические и механические 
элементы находятся в тесном взаимодействии и важнейшим 
свойством которой является управляемость, необходимая для реализации 
целенаправленного протекания обеспечиваемого им технологического 
процесса. Основная задача управления электроприводом — 
обеспечение с его помощью движения рабочей машины 
или отдельных ее элементов. 
Управление движением может быть ручным или автоматическим. 
Ручное управление производит оператор (человек), который с 
помощью командного устройства осуществляет управление движением. 
Автоматическое управление реализуется без непосредственного 
участия человека, он только дает команду начала процесса управления. 
Иногда и эту команду выполняет автоматическое устройство. 
Автоматическое управление в электроприводе осуществляется, как 
правило, в замкнутых структурах — управляющее воздействие формируется 
с учетом фактического значения регулируемой величины. 
По степени управляемости электропривод бывает: 
• нерегулируемый — одна рабочая скорость; 
• регулируемый — параметры привода изменяются от управляющего 
устройства; 
• программно-управляемый — управление в соответствии с заданной 
программой; 
• следящий — автоматически отрабатывает перемещение исполнительного 
органа с определенной точностью в соответствии с 
произвольно меняющимся задающим сигналом; 
• адаптивный — автоматически изменяющий структуру и параметры 
системы управления при изменении условий работы машины 
для выработки оптимального режима. 
Общая структура электропривода показана на рисунке. Электрическая 
энергия, потребляемая из сети или в общем случае от любого 
источника электрической энергии, в силовом электрическом 

 

9 

Введение 

преобразователе (СЭП) преобразуется 

в 
регулируемую 
электрическую энергию, подводимую 
к обмоткам электрического 
двигателя (ЭД). Механическая 
энергия от подвижной 
части ЭД — ротора — 
через механическую передачу 

(МП) передается рабочему органу (РО) механизма для совершения 
полезной механической работы. Эти элементы образуют энергетический 
или силовой канал электропривода. Управляющий или информационный 
канал обеспечивает управление процессом преобразования 
энергии и включает в себя управляющее устройство (УУ) и 
датчики (Д) обратной связи. Управляющее устройство формирует 
команды в соответствии с заложенным в него алгоритмом с учетом 
текущей информации о состоянии электропривода, поступающей от 
датчиков Д. Управляющее устройство может получать команды от 
аналогичного устройства более высокого уровня. 
Важно подчеркнуть, что наряду с обеспечением рационального 
хода технологических процессов неуклонно возрастает значи-
мость решаемой с помощью современного электропривода второй 
задачи — повышение энергетической эффективности оборудования 
за счет применения более совершенных алгоритмов 
управления. 
На рисунке изображена полная функциональная схема электропривода. 
В конкретных условиях те или иные элементы, кроме 
электромеханического преобразователя энергии могут отсутствовать, 
поэтому его часто называют главным или основным функ- 
циональным элементом электропривода. 

 

Общая структура электропривода 

К электромеханическим преобразователям энергии могут быть 
отнесены не только электрические машины, но и простейшие по 
сравнению с ними устройства — электромагниты, используемые 
иногда в устройствах с ограниченным перемещением. Более того, 
общие закономерности электромеханического преобразования 
энергии, как мы увидим далее, удобнее проследить именно на 
примере простейшего электромагнита. Конструктивная сложность 
большинства современных электрических машин усложняет математическое 
описание процесса преобразования энергии, что делает 
его менее наглядным и более трудным для понимания.  

1  0