Электропривод производственных механизмов

ФГБОУ ВПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 

 

Г. В. Никитенко 

 

 
ЭЛЕКТРОПРИВОД 

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ 

МЕХАНИЗМОВ 

 

Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому  
и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлениям: 110800.62, 
110800.68 – Агроинженерия, 140400.62, 140400.68 – Электроэнергетика  
и электротехника и специальностям: 110302.65 – Электрификация  
и автоматизация сельского хозяйства, 140211.65 – Электроснабжение 

 

 
 

 

 

 

 

 

Ставрополь 
«АГРУС» 
2012 

УДК 621.315 
ББК 31.291 
Н62 
 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор,  
заведующий кафедрой «Электрические машины и электропривод»  
ФГБОУ ВПО «Кубанский ГАУ»  
С. В. Оськин; 

доктор технических наук, профессор кафедры «Энергетика»  

ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская ГАА»   

С. М. Воронин 
 
 
 
Никитенко, Г. В.  
Электропривод производственных механизмов : учебное пособие / 
Г. В. 
Никитенко ; Ставропольский государственный аграрный 
университет. – Ставрополь : АГРУС, 2012. – 240 с. 
 
ISBN 978-5-9596-0778-4 
 
Подробно изложены основные разделы дисциплины «Электропривод»  
в соответствии с требованиями государственных общеобразовательных стандартов 
для бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям: 110800.62, 110800.68 – 
Агроинженерия и 140400.62, 140400.68 – Электроэнергетика и электротехника.  
Даны основные понятия электрического привода, рассмотрены вопросы 
электропривода постоянного и переменного тока. Изложены основы динамики и 
энергетики, а также особенности работы электроприводов в сельскохозяйственном 
производстве. Приведены примеры решений типовых задач в электронной среде 
Mathcad.  
Для студентов высших учебных заведений, аспирантов, преподавателей  
и слушателей ФПК. 
 
УДК 621.315 
ББК 31.291  
  
 
 
                                                                                            
ISBN 978-5-9596-0778-4 
© Никитенко Г. В., 2012 
 
© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный  
 
 
аграрный  университет, 2012 

Н62 

ВВЕДЕНИЕ 

  Рост производительности труда, наращивание объемов производства, 

удешевление 
выходной 
продукции, 
обеспечение 
постоянного 

технического прогресса  в промышленности и агропромышленном 

комплексе страны невозможно без внедрения новой техники и 

современных технологий.   

Доктрина инновационного подъема и развития всех отраслей 

народного хозяйства базируется на широком внедрении передовых 

научных и технологических достижений в области ресурсосбережения, 

нанотехнологий 
и 
энергосберегающего 
оборудования. 
Техническое 

развитие механических машин и агрегатов, составляющих основу 

разнообразных технологических линий и производственных процессов, в 

значительной мере определяется совершенством входящих в их состав 

электроприводов.  

 Повышение 
технического 
уровня 
автоматизированного 

электропривода 
 
должно 
 
проходить 
по 
следующим 
основным 

направлениям: 

- разработка и выпуск комплектных приводов с использованием 

современных 
преобразователей 
и 
микропроцессорной 
техники, 

обладающих 
высокой 
 
степенью 
надежности, 
унификацией 
и 

улучшенными энергетическими показателями; 

- расширение области применения регулируемого асинхронного 

электропривода; 

- оснащение нового оборудования и переоснащение эксплуатируемых 

производственных 
механизмов 
энергосберегающими 
типами 

электроприводов на основе вращательных, линейных, шаговых и 

вентильных электродвигателей; 

- создание новых математических моделей, программных продуктов и 

роботизированных рабочих мест для более быстрого проектирования всех 

элементов электропривода; 

 - подготовка  инженерно – технических  и  научных  кадров, 

способных отслеживать и обобщать мировые технические достижения и с 

новыми подходами эксплуатировать и разрабатывать высокоэффективные, 

надежные, 
обладающие 
высокими 
удельными 
характеристиками 

электропривода.  

 
Отличительными особенностями учебного пособия являются: 

 
- полнота и системность изложения материала по основным разделам 

дисциплины «Электропривод» в объеме, предусмотренном государственными 

образовательными стандартами для бакалавров и магистров, обучающихся по 

направлениям: 110800.62, 110800.68  – «Агроинженерия» и 140400.62, 

140400.68 - «Электроэнергетика и электротехника»; 

 
- наличие дидактического материала – вопросы для контроля, примеры 

решения задач, которые дают возможность закреплять изученный материал и 

планомерно развивать у студентов стремление  к самостоятельной 

инженерной работе; 

 
- добавление главы, в которой решение задач электропривода с целью 

привития у студентов навыков использования компьютеров и  современных 

электронно-вычислительных 
продуктов, 
применяемых 
для 
повышения 

степени автоматизации математических расчетов и  быстрого построения 

графических зависимостей,  способствующих более эффективному усвоению 

изучаемого материала и сокращению времени вычислений, представлены в 

электронной среде Mathcad.  

 

 

 

 

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 

 

 
В различных литературных источниках по электроприводу приводятся 

самые разнообразные определения электропривода.  Наиболее полное 

понятие представлено в ГОСТ 50369-92 «Электроприводы. Термины и 

определения». 
Электропривод 
(ЭП) 
– 
электромеханическая 
система, 

состоящая из электродвигательного (ЭД), преобразовательного (ПУ), 

передаточного (ПМ) и управляющего (УУ) устройств, предназначенная для 

приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и 

управления 
положениями 
координат 
вращающихся 
и 
возвратно 

поступательных 
элементов. 
Принципиальная 
структурная 
схема 

электропривода приведена на  рисунке 1.1.  

                                             

 

 
 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1. – Функциональная схема электропривода: УУ- устройство 

управления; ПУ - преобразовательное устройство; ЭД – электродвигатель; 

ПМ – передаточный механизм; РМ – рабочая машина; ЭП  - электропривод 

 

Основное назначение электропривода – создание полезной работы на 

выходном валу нагрузочной машины за счет преобразования электрической 

энергии в механическую. 

 

Uз , Iз 

   ЭД
    ПУ 
  ПМ

   УУ

Uобр, Iобр 
ЭП 

    РМ 

                                      Источник электроснабжения 

На рисунке 1.2 представлена упрощенная схема подключения 

асинхронного электрического двигателя к трехфазной сети. 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 – Упрощенная схема подключения асинхронного 

электропривода: 1 - вводной автоматический выключатель; 2 - магнитный 

пускатель; 3 - тепловое реле; 4 - реле контроля фаз и уровня напряжения;  

5 - кнопки управления; 6 -электродвигатель 

 

В сельскохозяйственном производстве в настоящее время используется 

большое разнообразие электрифицированных машин и механизмов, но 

наиболее 
широкое 
распространение 
получили 
следующие 

электромеханические установки: насосные агрегаты, вентиляторы, крановые 

механизмы, устройства для раздачи кормов и уборки навоза, дробилки, 

системы сортировки и очистки семян, мобильные транспортные средства, 

ручной инструмент, сепараторы молока и т.д. 

 

380 В, 50 Гц 

 6 

Источником электроснабжения электрического привода традиционно 

может быть: электрическая сеть, автономный бензо-дизель-генератор, 

химические аккумулирующие устройства или возобновляемые источники 

энергии, 
например, 
панели 
солнечных 
батарей, 
ветроэнергетические 

установки, электростанции на биогазе,  морские, волновые и приливные 

источники электроэнергии и т.д. На рисунке 1.3 в качестве примера 

представлены источники электроснабжения, относящиеся к рассмотренным 

группам. 

 

 

 

 

 

 

 а                                            б                                     в 

Рисунок 1.3 – Примеры источников электроснабжения: 

а –  подключение к сети электропривода насосного агрегата; б – дизель- 

генератор; б – панели солнечных батарей 

 

Устройство управления применяется для выработки управляющих 

сигналов силовой энергетической части электропривода, в состав которой 

входят преобразующее устройство, электрическая машина и передаточный 

механизм. На вход УУ поступают задающие сигналы по току или 

напряжению, а также  импульсы обратных связей, а на выходе 

вырабатывается необходимая функциональная зависимость управления. В 

состав управляющих устройств входят микропроцессорные средства и 

разнообразная компьютерная техника. На рисунке 1.4 представлено 

устройство управления и защиты электропривода задвижки фирмы ОВЕН, 

ПКП1 и его функциональная схема. Прибор ПКП1 предназначен для 

управления задвижками и затворами в системе «Водоканал» и защиты их 

механизмов и электроприводов при заклинивании без применения концевых 

выключателей. 

                                      

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4 – Устройство управления электроприводом задвижки: 

а – передняя панель прибора, б – функциональная схема микропроцессорного 

устройства управления ПКП1 

 

Преобразовательное устройство разработано  для коммутации и 

преобразования электрических параметров на входе и выходе. ПУ способно 

изменять  род тока, форму, амплитуду и скважность импульсов входного 

напряжения и тока, частоту питающей сети и регулировать обороты 

вращения с учетом обратных связей. В качестве преобразовательных 

устройств используют магнитные пускатели, контакторы, выпрямители, 

тиристорные коммутаторы, частотные преобразователи (ПЧ), регуляторы 

напряжения, устройства плавного пуска. На рисунке 1.5 изображены 

преобразователь частоты серии ОМЕГА-2, применяемый для изменения 

угловой 
частоты 
вращения 
выходного 
вала 
электродвигателя 
и 

принципиальная электрическая схема ПЧ на IGBT транзисторах, обладающих 

более высокой частотой переключения, что позволяет вырабатывать 

выходной сигнал синусоидальной формы с минимальным искажением. 

 

а
              б 

а                                                 б 

Рисунок 1.5 – Преобразовательное устройство для электропривода:  

а – ПЧ для частотно регулируемых асинхронных электроприводов насосов, 

компрессоров, вентиляторов;  б – принципиальная схема управления силовой 

части ПЧ с широтно-импульсной модуляцией формы токов 

 

Устройства плавного пуска (УПП)  (рисунок 1.6)  электродвигателей, 

производимые на базе тиристоров, предназначены для постепенного запуска 

и остановки двигателей и представляют собой тиристорное трехфазное  

регулирующее устройство.  Пусковые устройства предназначены для работы 

с трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. 

Разработанные на элементной базе отечественных и  зарубежных ведущих 

европейских 
производителей 
УПП 
позволяют 
мягко 
управлять 

электродвигателем, используя его в системах автоматизации.  К достоинствам 

систем плавного пуска следует отнести: регулировку электромагнитного  

момента, уменьшение пускового тока, минимизацию потерь в тиристорах,  

возможность каскадного запуска электрических машин одним УПП, 

снижение износа двигателей и редукторов, сокращение расходов на 

обслуживание. 
Выпускаются 
импортные 
серии 
ESL, 
ATS, 
RSE 
и 

отечественные типа  Triol,  Kimo. 

 

 

а                                                                 б 

Рисунок 1.6 – Внешний вид устройства плавного пуска (а) и 

функциональная схема (б), совмещенная с устройством управления работой 

асинхронного электродвигателя 

 

Электрический двигатель предназначен для непосредственного 

преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. 

Электродвигатели подразделяются на синхронные, асинхронные и машины 

постоянного тока.  Наиболее широкое распространение в промышленности и 

сельскохозяйственном производстве получил электропривод на основе 

асинхронного 
короткозамкнутого 
электрического 
двигателя 
и 

электродвигателя с фазным ротором. В настоящее время выпускаются 

общепромышленные унифицированные асинхронные электродвигатели на 

переменное напряжение питания 380, 660 В, с частотой тока 50 Гц. Наиболее 

известны серии трехфазного типа: АИ, 7АИ, 5А, 6А, и постоянного тока 

класса: 2П, 4П, 5П, 6П на напряжение 220, 440 В. Электродвигатели 

асинхронные трехфазные с фазным ротором cepий 5АНК, АК4, 6АК, АДФ 

предназначены для привода механизмов, требующих изменения частоты 

вращения. Используются в кaчecтвe пpивoдa вeнтилятopoв, дымococoв, 

кoмпpeccopoв, 
мeтaллopeжyщeгo 
и 
дpyгoгo 
oбopyдoвaния. 
Широкое 

распространении получили специализированные модификации двигателей,