Elektrinė pavara: veikimo principas, tipai ir pritaikymas

Elektrinė pavara - tai elektromechaninis įrenginys, kuris paverčia elektros energiją į mechaninio judesio energiją, reikalingą darbinio įrenginio funkcionavimui. Tai esminis komponentas daugelyje pramonės šakų, kur reikalingas tikslumas, greitis ir kontrolė. Šiuolaikinėje pramonėje vis dažniau taikomos automatizuotos elektros pavaros, kurios yra nepakeičiamos automatikos sprendimuose, lemiančiuose visą šiuolaikinį gyvenimą, ne tik gamybą.

Elektrinės pavaros konstrukcijos yra pagrįstos specifinėmis užduotimis, kurias jos atlieka vykdydamos procesus, kuriems jos yra skirtos, ir jos gali skirtis tiek matmenimis, tiek dydžiu. Dėl judėjimo link žymiai padidėjusio decentralizacijos, vykstančios automatizavimo technologijoje, dabar yra daugiau pritaikymų elektrinėms pavaroms.

Elektrinės pavaros veikimo principas

Elektrinės pavaros veikia paversdamos elektros energiją mechanine energija. Pagrindinė elektrinės pavaros sudedamoji dalis yra variklis. Kai variklis yra prijungtas prie srovės per maitinimo šaltinį, variklio viduje esantis magnetas bus veikiamas srovės, kad sukurtų magnetinį lauką, todėl variklis sukasi.

Variklio sukimasis skatina pavaros judėjimą per reduktorių ir perdavimo įtaisą, kad būtų galima valdyti mechaninę įrangą. Elektrinės pavaros valdymo grandinė yra atsakinga už variklio sukimosi krypties ir greičio valdymą per įvesties signalą, kad būtų galima tiksliai valdyti pavarą.

Pagrindinės elektrinės pavaros sudedamosios dalys

Pagrindinės elektrinės pavaros sudedamosios dalys yra:

• Elektros variklis (arba varikliai) - elektros energiją paverčia sukimosi judesiu.
• Judesio perdavimo sistema - reikalinga, kai variklio rotoriaus ir darbo įtaiso sūkių dažniai yra nevienodi, arba kai darbo įtaiso judesys turi būti kitoks nei variklio rotoriaus (slenkamasis, švytuojamasis ar pan.).
• Valdymo sistema - skirta elektros varikliui valdyti: jam paleisti, reversuoti, stabdyti, reguliuoti ar stabilizuoti jo greitį. Ji gali valdyti ir energijos keitiklį, ir net perdavimo įtaisą.
• Keitikliai - keičia elektros energijos parametrus: įtampą, dažnį ar kurį nors kitą (pvz., transformatoriai, dažnio keitikliai, lygintuvai, stiprintuvai).

Elektrinių pavarų klasifikacija ir tipai

Yra keletas elektrinių pavarų tipų, kurių kiekvienas turi savo unikalias savybes ir savybes. Elektrinės pavaros gali būti klasifikuojamos pagal kelis kriterijus:

Pagal judesio tipą

• Linijinės pavaros - šios pavaros naudojamos linijinio judėjimo sistemų judėjimui valdyti.
• Rotacinės pavaros - šios pavaros naudojamos mechaninių sistemų sukimuisi valdyti.

Pagal variklių skaičių ir paskirtį

• Grupinė elektros pavara (šiuo metu nebenaudojama): vienas elektros variklis per sudėtingą transmisijų sistemą varė grupę arba visas fabriko mašinas.
• Vieno variklio elektros pavara: kiekvieną darbinį įrenginį varo atskiras elektros variklis.
• Daugiavariklinė elektros pavara: vieno darbinio įrenginio atskirus mechanizmus varo atskirais elektros varikliais. Tokios pavaros pasižymi paprastesnėmis judesio perdavimo sistemomis, tačiau sudėtingesnėmis valdymo sistemomis, kurioms valdyti dažnai naudojami mikroprocesoriai arba kompiuteriai.

Pagal elektros srovės tipą

• Nuolatinės srovės elektros pavaros.
• Kintamosios srovės elektros pavaros.

Pagal judesio pobūdį

• Vienos krypties sukamojo judesio pavaros.
• Reversinio sukamojo judesio pavaros.
• Reversinio slenkamojo judesio pavaros.

Pagal judesio perdavimo būdą

• Elektros pavara su reduktoriumi.
• Elektros pavara be reduktoriaus.

Pagal automatizavimo laipsnį

• Rankinio valdymo pavaros.
• Automatizuotosios pavaros.

Pagal valdymo sistemą

• Atvirosios pavaros: neturi grįžtamojo ryšio.
• Uždarytosios pavaros: turi vieną ar kelis grįžtamojo ryšio kanalus, kurie informuoja apie sistemos išėjimo parametrų būklę.

Pagal valdymą

Elektrinių pavarų valdymo režimai paprastai skirstomi į dvi kategorijas: perjungimo tipo (atvirosios grandinės valdymas) ir reguliavimo tipo (uždarosios grandinės valdymas).

Perjungimo tipas (atviros kilpos valdymas)

Įjungimo-išjungimo elektrinės pavaros paprastai atidaro arba uždaro vožtuvus, kurie yra arba visiškai atidaryti, arba visiškai uždaryti, ir joms nereikia tikslaus terpės srauto valdymo. Perjungimo elektrinės pavaros dėl skirtingų konstrukcinių formų taip pat gali būti skirstomos į padalintą ir integruotą struktūrą:

• Padalinta konstrukcija (įprastas tipas): valdymo blokas yra atskirtas nuo elektrinės pavaros, elektrinė pavara negali valdyti vožtuvo viena, todėl valdymui reikia pridėti išorinį valdymo bloką. Šios konstrukcijos trūkumas yra tas, kad ji nėra patogi visai sistemai montuoti, padidina laidų ir montavimo išlaidas, yra linkusi į gedimus, nėra patogi diagnozuoti ir prižiūrėti gedimo atveju, o sąnaudų ir efektyvumo santykis nėra idealus.
• Integruota struktūra (integracinis tipas): valdymo blokas ir elektrinė pavara yra supakuoti į vieną visumą ir gali būti valdomi vietoje be išorinio valdymo bloko, taip pat nuotoliniu būdu, tiesiog pateikiant atitinkamą valdymo informaciją. Šios struktūros privalumai yra patogumas diegiant visą sistemą, sumažinamos laidų ir montavimo išlaidos, lengva diagnozuoti ir šalinti triktis.

Reguliavimo tipas (uždaros kilpos valdymas)

Reguliuojanti elektrinė pavara ne tik atlieka integruotos struktūros perjungimo funkciją, bet ir gali tiksliai valdyti vožtuvą, kad būtų galima tiksliai reguliuoti terpę.

• Valdymo signalo tipas (srovė, įtampa): reguliuojamos elektrinės pavaros valdymo signalas paprastai turi srovės signalą (4-20 mA, 0-10 mA) arba įtampos signalą (0-5 V, 1-5 V), todėl renkantis tipą reikia išsiaiškinti valdymo signalo tipą ir parametrus.
• Veikimo forma (elektrinis atidarymo tipas, elektrinis išjungimo tipas): reguliuojančios elektrinės pavaros veikimo režimas paprastai yra elektrinis atidarymo tipas (pvz., valdymas 4-20 mA, elektrinis atidarymo tipas reiškia, kad 4 mA signalas atitinka vožtuvo uždarymą, o 20 mA - vožtuvo atidarymą), o kitas - elektrinio uždarymo tipas (pvz., valdymas 4-20 mA, elektrinis atidarymo tipas reiškia, kad 4 mA signalas atitinka vožtuvo atidarymą, o 20 mA - vožtuvo išjungimą).
• Signalo apsaugos praradimas: reiškia valdymo signalų praradimą dėl gedimų, pvz., linijų, elektrinė pavara atidaro ir uždaro valdymo vožtuvą iki nustatytos apsaugos vertės. Bendra apsaugos vertė yra visiškai atidaryta, visiškai uždaryta, laikoma trijose situacijose, ir ją nėra lengva modifikuoti išėjus iš gamyklos.

Elektrinių variklių tipai elektrinėse pavarose

Elektrinių pavarų galia gali svyruoti nuo vato dalių iki kelių dešimčių megavatų. Dažniausiai naudojami šie elektros variklių tipai:

• Asinchroniniai elektros varikliai: tai pati populiariausia elektros pavarų rūšis. Jie naudojami siurbliams, kompresoriams, ventiliatoriams pramonės ir žemės ūkio įmonėse varoti.
• Sinchroniniai elektros varikliai: naudojami pavarose, perduodančiose judesį 200-300 kW galios siurbliams ir kompresoriams.
• Nuolatinės srovės nuoseklaus ir mišraus žadinimo varikliai: naudojami kėlimo ir traukos mechanizmuose, be asinchroninių elektros variklių.
• Lygiagrečiojo žadinimo nuolatinės srovės varikliai: naudojami metalo apdirbimo staklių, tekstilės, siuvimo prietaisų elektros pavarose.

Servo pavaros ir varikliai yra elektromechaniniai įrenginiai, naudojami tiksliam mechaninių komponentų judėjimo valdymui. Jie yra esminiai komponentai įvairiose pramonės srityse, kur reikalingas tikslumas, greitis ir kontrolė. Servo varikliai yra specializuoti elektriniai varikliai, kurie gali pasiekti tikslius kampinius arba linijinius padėties nustatymus, greitį ir sukimo momentą. Nuolatinės srovės (DC) servo varikliai naudoja nuolatinę srovę variklio sukimo momento ir greičio valdymui, o kintamosios srovės (AC) servo varikliai naudoja kintamąją srovę aukšto tikslumo ir efektyvumo užtikrinimui.

Elektrinių pavarų pritaikymas

Elektrinės pavaros naudojamos įvairiose srityse - nuo gamybos ir perdirbimo gamyklų iki robotikos ir automatizavimo sistemų. Pavyzdžiui, elektrinės pavaros gali būti naudojamos vandens, oro ar kitų skysčių srautui valdyti arba mechaninės įrangos judėjimui valdyti. Nauji proceso valdikliai dabar gali būti aprūpinti paskutinės kartos elektrinėmis pavaromis, todėl lengviau patenkinti neseniai atnaujintus automatikos standartus.

Pavyzdžiui, elektrinės pavaros naudojamos vožtuvų atidarymui ir reguliavimui valdyti, suteikia linijinį arba sukamąjį judesį, įgyvendina automatinį reguliavimą ir teikia grįžtamojo ryšio signalus apie tikrąją vožtuvo padėtį. Jos gali priimti signalus iš valdymo sistemų (pvz., reguliatorių ar prietaisų) ir paversti juos vožtuvo atidarymo arba reguliavimo veiksmais.

Elektrinių pavarų privalumai

Elektrinės pavaros yra puikus šiuolaikinės technologijos pavyzdys, pakeitęs mašinų ir procesų veikimo būdą. Yra keletas elektrinių pavarų naudojimo pranašumų, palyginti su tradicinėmis rankinėmis pavaromis, įskaitant didesnį tikslumą, greitį, saugumą ir efektyvumą.

• Efektyvumas: šie įtaisai skirti elektros energiją paversti mechanine energija, kad būtų galima valdyti vožtuvų, sklendžių ir kitų mechaninių komponentų judėjimą.
• Patikimumas: šie įrenginiai sukurti taip, kad atlaikytų atšiaurias aplinkos sąlygas, užtikrinant, kad jie galėtų sklandžiai veikti net ir sudėtingiausioje aplinkoje.
• Saugumas: dėl nesaugių galimybių, kurios apsaugo vartotojo valdymą nuo proceso net ir nutrūkus energijos tiekimui, naudoti elektrines pavaras dabar yra saugiau nei bet kada anksčiau. Šiuolaikinės elektrinės pavaros paprastai integruoja kelias saugos funkcijas, tokias kaip apsauga nuo apribojimų, apsauga nuo sukimo momento ir apsauga nuo perkaitimo.
• Universalumas: jie yra sukurti taip, kad būtų pritaikyti įvairioms reikmėms, todėl puikiai tinka skirtingoms pramonės šakoms.
• Aukštas tikslumas: servo sistemos užtikrina aukštą tikslumą padėties, greičio ir sukimo momento valdymui, leidžiant pasiekti aukštą kokybės lygį gamybos ir apdirbimo procesuose.
• Greitas atsakas: servo varikliai gali greitai reaguoti į valdymo signalus, užtikrinant sklandų ir dinamišką veikimą.

Elektrinių pavarų istorinė apžvalga

Elektrinių pavarų atsiradimą lėmė Michael Faraday atradimai: 1821 metais jis sukūrė laboratorinį elektros variklio modelį, o 1831 metais atrado elektromagnetinės indukcijos dėsnį. Pirmąją elektros pavarą su elektromagnetų sistema 1834 metais sukonstravo Borisas Jakobis. Ši pavara buvo naudojama 12 vietų keleiviniam kateriui. Elektros pavaros paplito pramonėje M. Dolivo-Dobrovolskiui 1889 m. išradus trifazį asinchroninį elektros variklį.

Elektrinės pavaros mechanizmų pasirinkimas

Elektrinės pavaros, dar vadinamos elektriniais prietaisais, išmaniaisiais elektriniais pavarais, daugiausia skirstomos į perjungimo ir reguliavimo tipus, turinčius įvairius sukimo momentus, ir naudojamos įvairių tipų, įvairių kalibrų ir įvairių sukimo momento vožtuvų. Pasirinkimas priklauso nuo kelių pagrindinių veiksnių.

1. Valdymo režimo pasirinkimas

Elektrinė pavara pasirenkama pagal vietoje taikomus gamybos proceso kontrolės reikalavimus, atsižvelgiant į perjungimo arba reguliavimo tipą (žr. aukščiau).

2. Elektrinės pavaros pasirinkimas pagal vožtuvo tipą

Yra gana daug vožtuvų tipų, o veikimo principas nėra tas pats. Paprastai vožtuvo plokštės kampas pasukamas, vožtuvo plokštė pakeliama ir pan., kad būtų galima valdyti atidarymą ir uždarymą. Kai elektrinė pavara suderinama su elektrine pavara, ją reikia pasirinkti pagal vožtuvo tipą.

• Kampinis elektrinis pavaros mechanizmas (pasisukimo kampas < 360 laipsnių): elektrinio pavaros mechanizmo išėjimo veleno sukimasis yra mažesnis nei viena savaitė, tai yra mažesnis nei 360 laipsnių, ir paprastai 90 laipsnių, kad būtų galima valdyti vožtuvo atidarymo ir uždarymo procesą. Šio tipo elektriniai pavaros mechanizmai skirstomi į du tipus: tiesioginio prijungimo ir bazinio alkūninio tipo, atsižvelgiant į skirtingus montavimo sąsajos metodus. Dažniausiai pasitaiko elektriniai drugelio vožtuvai ir elektriniai rutuliniai vožtuvai.
• Daugiafunkcinė elektrinė pavara (pasisukimo kampas > 360 laipsnių): elektrinės pavaros išėjimo veleno sukimosi kampas yra didesnis nei viena savaitė, t. y. didesnis nei 360 laipsnių, ir paprastai reikia daug apsisukimų, kad būtų galima valdyti vožtuvo atidarymo ir uždarymo procesą. Šio tipo elektrinė pavara tinka įleidimo sklendėms, įleidimo rutuliniams vožtuvams ir kt., kurie sudaro elektrinius sklendes ir elektrinius rutulinius vožtuvus.
• Linijinis smūgis (tiesinis judėjimas): elektrinės pavaros išėjimo veleno judėjimas yra tiesinis, o ne sukimosi judėjimas. Šios elektrinės pavaros tinka vienos sėdynės mechanizmams, valdymo vožtuvams, dvigubos sėdynės valdymo vožtuvams ir kt.

3. Elektrinių parametrų nustatymas pagal darbo sąlygų reikalavimus

Dėl skirtingų pavarų gamintojų elektrinių parametrų skirtumų, projektuojant ir renkantis modelius, paprastai reikia nustatyti jų elektrinius parametrus, įskaitant variklio galią, vardinę srovę, antrinės valdymo kilpos įtampą ir kt. Dažnai dėl aplaidumo šiuo klausimu valdymo sistemos ir elektrinės pavaros parametrai nesutampa, todėl suveikia tuščiosios eigos išjungimo relė, perdega saugiklis, atsiranda šiluminės perkrovos relės apsauga ir kiti gedimo reiškiniai.

4. Elektrinės pavaros išėjimo sukimo momento nustatymas pagal vožtuvo reikalaujamą sukimo momentą

Vožtuvo atidarymui ir uždarymui reikalingas sukimo momentas lemia elektrinės pavaros pasirinktą išėjimo sukimo momentą. Paprastai jį siūlo vartotojas arba pasirenka vožtuvo gamintojas. Kadangi pavaros gamintojas yra atsakingas tik už pavaros išėjimo sukimo momentą, normaliam vožtuvo atidarymui ir uždarymui reikalingas sukimo momentas priklauso nuo tokių veiksnių kaip vožtuvo skersmuo ir darbinis slėgis. Tačiau dėl skirtingo apdorojimo tikslumo ir vožtuvo gamintojo surinkimo proceso skirtingų gamintojų pagaminto tos pačios specifikacijos vožtuvo reikalingas sukimo momentas taip pat skiriasi, net jei to paties vožtuvo gamintojo pagaminto tos pačios specifikacijos vožtuvo sukimo momentas taip pat skiriasi. Jei pavaros sukimo momentas per mažas, ji negalės normaliai atidaryti ir uždaryti vožtuvo, todėl elektrinė pavara turi pasirinkti pagrįstą sukimo momento diapazoną.

5. Apvalkalo apsaugos lygio ir sprogimui atsparaus lygio pasirinkimas pagal naudojimo atvejį

Korpuso apsaugos lygis

Apsaugos lygis reiškia elektrinės pavaros korpuso atsparumą pašaliniams objektams ir vandeniui, kuris nurodomas pridedant du skaitmenis po raidės IP, pirmasis skaitmuo yra 1-6, o antrasis - 1-8. Pavyzdžiui, Jungtinėse Valstijose importuotų VTON elektrinių pavarų bendras apsaugos lygis yra IP65, IP66, IP67 ir IP68.

Sprogimui atsparus įvertinimas

Vietose, kur sprogios dujos, garai, skysčiai, degios dulkės ir kt. gali sukelti gaisro ar sprogimo pavojų, būtina nustatyti sprogimui atsparius reikalavimus elektrinės pavaros ir pasirinkti sprogimui atsparias formas ir kategorijas pagal skirtingas taikymo sritis. Sprogimui atsparumo lygį gali nurodyti sprogimui atsparus ženklas EX ir sprogimui atsparus turinys (žr. „Sprogimui atspari elektros įranga sprogioms atmosferoms“ GB3836-2000). Sprogimui atsparaus ženklo turinys apima: sprogimui atsparų tipą + įrangos kategoriją + (dujų grupę) + temperatūros grupę.

Variklių darbo režimai

Numatyti aštuoni vardiniai variklių darbo režimai S1 - S8. Išskyrus darbo režimą S1, visiems yra būdinga tai, kad darbo metu variklio šiluminis pereinamasis procesas nenusistovi. Apkrova pakinta anksčiau nei variklis pasiekia šiluminę pusiausvyrą įšildamas arba ataušdamas. S1 yra toks ilgalaikės apkrovos režimas, kai apkrova yra pastovi ir pakankamai ilgalaikė, kad nusistovėtų variklio šiluminė pusiausvyra.

tags: #kas #yra #elektrine #pavara