История электротехники

В ЛЭТИ были развиты оригинальные идеи управления сложными взаимосвязанными электромеханическими объектами.

Большое внимание уделялось проблемам электромагнитной совместимости электропроводов с питающей сетью (ГПИ «Тяжпромэлектропроект»), в чем отражалось расширяющееся применение электропроводов с тиристорными преобразователями и современными средствами управления.

6.6.10. МИКРОПРОЦЕССОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Создание в США на границе 60–70-х годов четырехразрядного однокристалльного микропроцессора INTEL 4004 и программируемого логического контроллера (ПЛК) PDP 14 ознаменовало новую эру в сфере управления электропривода. Уже в 70-е годы в мировой практике эти технические средства начали интенсивно вытеснять использовавшиеся ранее контактные и бесконтактные реле; к 80-м годам схему управления на восьми и более реле стало экономически целесообразно заменять ПЛК.

В сравнении с устройствами монтажной логики ПЛК обладает высокой гибкостью при отладке, он не зависит от объекта управления, снижает расходы на разработку, программирование, тестирование и запуск изделия, очень компактен, имеет высокую надежность, упрощает обслуживание системы привода. ПЛК может выполнять вычисления, обеспечивать регулирование, принятие решений, наблюдение за отработкой алгоритма управления.

В сравнении с мини-компьютером ПЛК существенно проще, он ориентирован на непосредственное общение с объектом управления. На рис. 6.51 показаны зоны рентабельного использования различных технических средств управления.

По мере развития микропроцессорных средств управления и ПЛК изменялась информационная часть электропривода: резко, почти скачкообразно, наращивались функциональные возможности в управлении координатами, во взаимодействии нескольких систем между собой и с внешней средой, в детальной диагностике состояния и защите всех элементов привода от любых нежелательных воздействий.

6.6.11. СОВРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Концептуальные изменения в развитие электропривода внесла новая элементная база силового канала — полностью управляемые ключи, появившиеся на рынке в последние. 6–7 лет, и средства управления ими. Фирмы «Тошиба», «Сименс» и др. выпустили силовые транзисторы IGBT на токи до 600 А, напряжение до 1200 В с частотами 30 кГц и выше. Эти приборы, объединенные в модули с встроенными быстрыми обратными диодами и управляемые указанными выше современными средствами, послужили основой для построения преобразователей частоты со структурой неуправляемый выпрямитель — LC-фильтр — автономный инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) (рис. 6.52), ставших основным техническим решением в регулируемом электроприводе переменного тока мощностью до 600 кВт. Преобразователи более мощных приводов строятся на полностью управляемых тиристорах GTO; в бытовых и других электроприводах низкого напряжения используются приборы MOSFET.

По прогнозам до 2002 г. европейский рынок регулируемых электроприводов на 68% будет состоять из приводов переменного тока, на 15 — из приводов постоянного тока, на 10 — из гидропроводов и на 7% — из механических приводов.

Нетрадиционные электромеханические устройства (линейные, поворотные, планарные многокоординатные двигатели и т.п.) в сочетании с развитыми микропроцессорными средствами управления образуют электромеханические структуры, интегрированные в технологическое оборудование и создающие принципиально новый тип технологической среды.

Интенсивно осваиваются новые виды регулируемого электропривода — вентильно-индукторный, с другими нетрадиционными электрическими машинами. В микроприводе миниатюрных роботов применяются тонкопленочные диэлектрические двигатели.

В последние годы в мире отчетливо сформировалось и интенсивно реализуется тенденция перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому в массовых применениях: насосы, вентиляторы, конвейеры и т.п., благодаря чему резко повышается технологический уровень оборудования, экономятся значительные энергетические ресурсы.

Электропривод сформировался сегодня как система, осуществляющая управляемое электромеханическое преобразование энергии и состоящая в общем случае из электрического (ЭП), электромеханического (ЭМП) и механического (МП) преобразователей, образующих силовой канал, измерительных преобразователей (ИП), преобразующих информацию, и управляющих устройств, входящих в информационный канал (рис. 6.53).

Электропривод обеспечивает механической энергией подавляющее большинство агрегатов, связанных с движением во всех сферах человеческой деятельности, и может в силу этого рассматриваться как главный поставщик механической энергии, полученной из электрической в результате электромеханического преобразования. Будучи управляемой системой, электропривод взаимодействует через информационный канал с системами управления более высокого уровня и служит для них силовым интерфейсом с технологическими процессами.

Практически все процессы в современной технологии, связанные с механической энергией и движением, осуществляются электроприводом. Исключения составляют лишь автономные транспортные средства (автомобили, самолеты, некоторые виды подвижного состава и судов), использующие неэлектрические двигатели и не имеющие электрических передач.

Столь широкое, практически повсеместное, распространение электропривода обусловлено особенностями электрической энергии — возможностью экономично передавать ее на любые расстояния, постоянной готовностью к использованию, легкостью превращения в другие виды энергии.

В приборных системах сегодня используются электроприводы мощностью в единицы микроватт, мощность электропривода компрессора на перекачивающей газ станции — десятки мегаватт, т.е. диапазон мощности современных электроприводов превышает 10. Такой же порядок имеет диапазон частот вращения: в установках для выращивания кристаллов полупроводников вал двигателя должен делать один оборот за несколько часов при жестких требованиях к равномерности движения, тогда как частота вращения шлифовального круга может достигать 150 000 об/мин.

Но особенно широк диапазон применений современного электропривода — от искусственного сердца до шагающего экскаватора, от вентилятора или насоса до антенны радиотелескопа, от стиральной машины до гибкой производственной системы. Именно эта особенность — теснейшее взаимодействие с обслуживаемой технологической сферой — оказывала и оказывает на электропривод мощное стимулирующее влияние, определяет его развитие и совершенствование.

6.1. Blondel A. Complements a la theorie des alternaters a deux reactions // Rev. gen. dec, 1922. T. 12. P. 203,235.

6.2. Blondel A. Application de la methode de deux rections а l'etude des phenomenes oscillatories des alternateurs couples // Rev. gen. elec 1923. T. 13. P. 235, 275, 331, 387, 515.

6.3. Fortescue C. L. Method of Symmetrical Coordinates Applied to the Solution of Polyphase Networks // Trans. AIEE. 1918. Vol. 37. Pt. II. P. 1027–1140.

6.4. Вагнер К.Ф., Эванс Р.Д. Метод симметричных составляющих. Л — М.: ОНТИ, 1936.

6.5. Ku Y. H. Transient analysis of а. с. machinery // Trans. AIEE. 1929. Vol. 48. P. 707.