Основы электропривода

Т. Г. Базулина

Н. А. Равинский

ОСНОВЫ 

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Допущено Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений
образования, реализующих образовательные программы

среднего специального образования 

по специальностям «Городской электрический транспорт», 

«Автоматизированные электроприводы», «Монтаж и эксплуатация 
электрооборудования», «Автоматизация технологических процессов 

и производств», «Электроснабжение»

Минск
РИПО
2020

УДК 62-83(075.32)
ББК 31.291я723

Б17

А в т о р ы:

старшие преподаватели кафедры электрооборудования сельскохозяйственных 

предприятий УО «Белорусский государственный аграрный 
технический университет» Т. Г. Базулина, Н. А. Равинский. 

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия электротехнических дисциплин 

филиала Белорусского национального технического университета  

«Минский государственный политехнический колледж» (Э. А. Петрович);

доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок  

и технологических комплексов» Белорусского национального технического университета 

кандидат технических наук, доцент Г. И. Гульков.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образо
вания Республики Беларусь.

Б17

Базулина, Т. Г.

Основы электропривода : учеб. пособие / Т. Г. Базулина, Н. А. Равинский. – 

Минск : РИПО, 2020. – 183 с. : ил.

ISBN 978-985-7234-19-6.

В учебном пособии изложены сведения о режимах работы, характеристиках, 
В учебном пособии изложены сведения о режимах работы, характеристиках, 

способах регулирования координат электроприводов постоянного и переменного 
способах регулирования координат электроприводов постоянного и переменного 
тока, расчете добавочных сопротивлений и параметров электрических двигателей, 
тока, расчете добавочных сопротивлений и параметров электрических двигателей, 
об определении энергетических показателей работы электроприводов.
об определении энергетических показателей работы электроприводов.

Предназначено для учащихся учреждений среднего специального образования 
Предназначено для учащихся учреждений среднего специального образования 

по специальностям «Городской электрический транспорт», «Автоматизированные 
по специальностям «Городской электрический транспорт», «Автоматизированные 
электроприводы», «Монтаж и эксплуатация электрооборудования», «Автоматизаэлектроприводы», «Монтаж и эксплуатация электрооборудования», «Автоматизация технологических процессов и производств», «Электроснабжение».
ция технологических процессов и производств», «Электроснабжение».

УДК 62-83(075.32)

ББК 31.291я723

ISBN 978-985-7234-19-6 
 
            © Базулина Т. Г., Равинский Н. А., 2020

 
 
 
 
            © Оформление. Республиканский институт

 
 
 
 
                 профессионального образования, 2020

ВВЕДЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Электрический привод – это электромеханическая система, состо
ящая из электродвигательного, преобразовательного и управляющего 
устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных 
органов рабочей машины и управления этим движением. Для выполнения этих функций электропривод вырабатывает механическую энергию 
за счет электрической энергии, получаемой от источника электрической 
энергии (сети электроснабжения). Вырабатываемая электроприводом механическая энергия передается исполнительным органам рабочих машин 
и механизмов (ленте транспортера или конвейера, шпинделю токарного 
станка, крыльчатке насоса, кабине лифта и т. д.) и при необходимости регулируется в соответствии с технологическими требованиями к режимам 
работы исполнительного органа.

За счет полученной энергии исполнительный орган совершает тре
буемое механическое движение, обеспечивая выполнение производственных и технологических операций: перемещение грузов, обработку деталей, транспортирование жидкости и газа и т. д. Функциональная схема 
электропривода представлена ниже.

ИЭЭ

ЭП

ЭМП

ЭД

РД
МП
РМ

МЧ

УУ

СУ

Функциональная схема электропривода: 

ИЭЭ – источник электрической энергии; СУ – система управления; ЭП – электрический 

преобразователь; УУ – управляющее устройство; ЭМП – электромеханический  
преобразователь; РД – ротор двигателя; МП – механический преобразователь;  
РМ – рабочая машина; ЭД – электрический двигатель; МЧ – механическая часть

Введение

Электропривод имеет два канала – силовой и информационный. По 

первому каналу транспортируется преобразуемая энергия (толстые линии), по второму осуществляются управление потоком энергии (тонкие 
сплошные линии), а также сбор и обработка сведений о состоянии и функционировании системы, диагностика ее неисправностей (тонкие штрихпунктирные линии).

Силовой канал состоит из двух частей – электрической и механиче
ской и обязательно содержит связующее звено – электромеханический 
преобразователь (ЭМП).

В электрическую часть силового канала входят устройства, пере
дающие электрическую энергию от ее источника (ИЭЭ) к электромеханическому преобразователю и обратно и осуществляющие, если нужно, 
преобразование параметров электрической энергии. Механическая часть 
состоит из ротора двигателя (РД), подвижного органа электромеханического преобразователя, механических передач (МП), редуктора или вариатора и исполнительного органа рабочей машины (РМ), в котором полезно 
реализуется полученная механическая энергия.

В связи с большим ассортиментом рабочих машин электроприводы 

разнообразны по своему схемному и конструктивному исполнению.

По характеру движения различают электроприводы вращательного 

и поступательного однонаправленного и реверсивного движения, а также 
возвратно-поступательного движения. Вращательное однонаправленное и 
реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено при использовании электродвигателя вращательного движения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным) либо электродвигателя специального исполнения (линейного, гидродинамического и т. д.).

По степени управляемости электроприводы подразделяют на следу
ющие виды:

 • нерегулируемый – электропривод, в котором исполнительный орган 

рабочей машины приводится в движение с одной постоянной скоростью;

 • регулируемый – электропривод, в котором скорость движения ис
полнительного органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса;

 • следящий – электропривод, в котором воспроизводится перемеще
ние исполнительного органа в соответствии с произвольно меняющимся 
задающим сигналом;

 • программно-управляемый – электропривод обеспечивает переме
щение исполнительного органа в соответствии с заданной программой;

Введение

 • адаптивный – электропривод автоматически обеспечивает опти
мальный режим движения исполнительного органа при изменении условий его работы;

 • позиционный – электропривод обеспечивает регулирование поло
жения исполнительного органа рабочей машины.

По наличию механического преобразователя электроприводы делят 

на редукторные (электропривод, механическая передача которого содержит редуктор) и безредукторные (электропривод, электродвигатель которого непосредственно соединен с исполнительным органом).

По виду силового электрического преобразователя различают:
 • вентильный электропривод, в котором преобразовательным устрой
ством является вентильный преобразователь энергии. Разновидность 
вентильного электропривода – полупроводниковый электропривод (тиристорный и транзисторный);

 • систему УВ–Д – вентильный электропривод постоянного тока, 

преобразовательным устройством которого является управляемый выпрямитель;

 • систему ПЧ–Д – вентильный электропривод переменного тока, 

преобразовательным устройством которого является регулируемый преобразователь частоты;

 • систему Г–Д и МУ–Д – электропривод, преобразовательным 

устройством которого является соответственно электромашинный преобразователь или магнитный усилитель.

По роду тока различают электроприводы постоянного и переменно
го тока.

По способу передачи механической энергии исполнительному органу 

электроприводы подразделяют на следующие виды:

 • индивидуальный – электропривод, в котором каждый исполни
тельный орган рабочей машины приводится в движение отдельным двигателем. Это наиболее распространенный вид электропривода, так как 
здесь упрощается кинематическая передача (в некоторых случаях она 
полностью исключена), легко осуществляется автоматизация технологического процесса, улучшаются условия обслуживания рабочей машины;

 • взаимосвязанный – электропривод, в котором имеются два или не
сколько электрически или механически связанных между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение их 
скоростей или нагрузок и положение исполнительных органов рабочих 
машин. Если электродвигатели взаимосвязанного электропривода работают на общий вал, привод называют многодвигательным;

Введение

 • групповой – электропривод с одним электродвигателем, обеспечи
вающий движение исполнительных органов нескольких рабочих машин 
или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины.

По уровню автоматизации различают:
 • неавтоматизированный электропривод, в котором осуществляется 

ручное управление с помощью оператора;

 • автоматизированный – электропривод, управляемый автоматиче
ским регулированием параметров;

 • автоматический – электропривод, в котором управляющее воздей
ствие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

Краткий исторический обзор развития электропривода 
Краткий исторический обзор развития электропривода 
и основные направления его развития
и основные направления его развития

С 1819 по 1834 г. были открыты основные законы электротехники: 

Эрстеда (действие постоянного тока на магнитную стрелку); Ампера (взаимодействие электрических токов); Ома (связь между током, напряжением и сопротивлением в электрической цепи); Фарадея (закон электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока в катушке индуцируется ЭДС); Ленца (закон электромагнитной инерции).

Первый практически пригодный электродвигатель постоянного тока 

с вращательным движением вала построил в 1834 г. Мориц Герман в Германии. Электродвигатель состоял из двух групп П-образных электромагнитов. Четыре из них, установленные на неподвижной раме, были соединены последовательно и питались током непосредственно от батареи 
гальванических элементов. Четыре электромагнита, установленные на 
подвижном диске, были подключены к батарее через коммутатор. С его 
помощью направление тока во вращающихся электромагнитах изменялось 8 раз за один оборот диска. Мощность электродвигателя составляла около 15 Вт из-за большого (12,7 мм) воздушного зазора между вращающимися и неподвижными электромагнитами. Двигатель совершал 
80–120 об/мин.

В 1837–1839 гг. Мориц Герман под именем Б.С. Якоби построил в 

России несколько электроприводов для лодки. Лучший из них развивал 
мощность 650 Вт и позволял лодке двигаться по течению со скоростью 
4 км/ч, а против течения – со скоростью 2,5 км/ч, перевозя 12–14 человек. 
Несовершенство и малая емкость гальванических элементов надолго затормозили развитие такого электропривода.

В дальнейшем стараниями многих ученых был усовершенствован 

электродинамический принцип взаимодействия магнитного поля и тока 
в электрических машинах. В 1860 г. итальянец А. Пачинотти изобрел элек

Введение

тродвигатель с кольцевым якорем. В 1867 г. Э.В. Сименс изобрел генератор 
постоянного тока с электромагнитным самовозбуждением. После создания 
промышленного электрического генератора (З. Грамм, 1870) электродвигатели постоянного тока получили широкое применение.

В 1880 г. Ф.А. Пироцкий в России применил двигатель постоянного 

тока для привода трамвайного вагона. 

В 1881 г. близ Берлина уже действовала трамвайная линия, а в 1882 г. – 

троллейбусная линия на постоянном токе.

В 1886 г. Г. Феррарис изобрел вращающееся магнитное поле и пред
ложил идею многофазной машины переменного тока с шестью и более 
фазами.

В 1889–1891 гг. русский инженер М.О. Доливо-Добровольский, ра
ботая в Германии, предложил трехфазную систему токов и основные ее 
составляющие – трехфазный трансформатор и трехфазный электродвигатель. С тех пор трехфазную систему токов стали широко применять, 
поскольку она позволяла передавать электрическую энергию на большие 
расстояния, легко ее трансформировать в различные по величине напряжения. Электропривод переменного тока также стал быстро развиваться.

Первая статья, посвященная электроприводу, появилась в журнале 

«Электричество» в 1880 г. Ее автор Д.А. Лачинов назвал статью «Электромеханическая работа», точно отображая суть электропривода. 

Большой вклад в развитие электропривода внесли российские ученые 

С.А. Ринкевич, В.К. Попов, А.Т. Голован, Д.П. Морозов, М.Г. Чиликин, 
А.С. Сандлер, В.П. Андреев, Ю.А. Сабинин, Л.Б. Гейлер, С.Н. Вешеневский, Н.Ф. Ильинский и многие другие. Созданный институт «ВНИИэлектропривод» внес большой вклад в развитие электропривода. 

На сегодняшний день можно выделить следующие основные направ
ления развития электропривода.

Электропривод развивается в сторону повышения точности и удоб
ства управления. Повышение технологических требований к динамическим и точностным показателям электропривода, расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами, и соответствующее возрастание сложности систем управления 
электроприводами диктует создание систем числового программного 
управления и расширение использования современной вычислительной 
техники, создаваемой непосредственно для целей управления на базе 
мик ропроцессоров.

Развитие электропривода характеризуется тенденцией к упрощению 

кинематических цепей машин и механизмов, обусловленной развитием 

Введение

регулируемого индивидуального электропривода. Одно из проявлений 
этой тенденции – стремление в машиностроении к использованию безредукторного электропривода. Несмотря на повышенные массу и габариты 
двигателя, применение безредукторных электроприводов оправдано их 
большей надежностью и быстродействием. Интересной реализацией рассмотренной тенденции является развитие электроприводов с линейными 
двигателями, которые позволяют исключить не только редуктор, но и 
устройства, преобразующие вращательное движение роторов двигателей 
в поступательное движение рабочих органов машин. Электропривод с линейным двигателем – органическая часть общей конструкции машины, 
значительно упрощает кинематику и создает максимальное удобство для 
оптимального конструирования машин с поступательным движением рабочих органов.

Электропривод развивается в сторону экономичности. Особенно 

острой является проблема рационального проектирования электроприводов с точки зрения энергопотребления. Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов (например, 1 т условного топлива) вдвое дешевле, чем ее добыть. В перспективе это соотношение 
будет изменяться: добывать топливо становится все труднее, а запасы его 
все убывают.
 
 
 
 
Контрольные вопросы и задания
Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение понятия «электрический привод»».
2. Назовите основные элементы функциональной схемы электропривода.
3. Из каких элементов состоит механическая часть электропривода?
4. На какие виды подразделяют электроприводы по степени управляемости?
5. Какой электропривод называют: а) взаимосвязанным; б) индивидуальным?
6. Дайте классификацию электроприводов по уровню автоматизации.
7. Кто и когда изобрел первый практически пригодный электродвигатель?
8. Кто и когда изобрел трехфазную систему токов?
9. Расскажите о направлениях развития электропривода.

1. МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1. МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.1. СТРУКТУРА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ  
1.1. СТРУКТУРА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ  

ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.1.1. Механические звенья электропривода
1.1.1. Механические звенья электропривода

Конструктивное исполнение механической части электропривода мо
жет быть весьма разнообразным. При этом она содержит определенные 
звенья с общими для разных приводов функциями.

Двигатель как звено механической части привода представляет со
бой источник или потребитель механической энергии. В механическую 
часть привода входит лишь вращающийся элемент двигателя – его ротор 
(или якорь в машинах постоянного тока), который обладает определенным моментом инерции J, может вращаться с некоторой скоростью ω и 
развивать движущий или тормозящий момент M.

Механический преобразователь (МП) осуществляет преобразование 

движения в механической части электропривода. При помощи МП могут 
увеличиваться или уменьшаться скорость, изменяться вид движения (вращательного в поступательное) и т. д. К механическим преобразователям 
относятся редукторы (рис. 1.1, а), винтовые, зубчато-реечные (рис. 1.1, б) 
или ременные передачи, барабан с тросом (рис. 1.1, в), кривошипно-шатунный механизм (рис. 1.1, г) и т. п. 

Механический преобразователь характеризуется коэффициентом пе
редачи, представляющим собой отношение скорости на входе к скорости 
на выходе, механической инерционностью и упругостью его элементов, 
зазорами и трением в зацеплениях и сочленениях преобразователя.

Исполнительный, или рабочий, орган производственной машины ре
ализует подведенную к нему механическую энергию в полезную работу. 
Чаще всего он является потребителем энергии. Эта функция рабочего органа характерна для механизмов, осуществляющих обработку материалов, подъем или перемещение грузов и т. п. При этом поток механической 
мощности направлен от двигателя к рабочему органу. Иногда рабочий 
орган может быть источником механической энергии. В таком случае он 
отдает механическую энергию, запасенную механизмом (например, при 

1. Механика электропривода

спуске груза) или поступившую в механизм извне (например, при ветровой нагрузке), на поверхность крана, зеркала антенного устройства. При 
этом поток механической мощности направлен от рабочего органа к двигателю. 

б
а

Iш

Rк

г

ω

ω

G

V
V

в

Рис. 1.1. Механические преобразователи движения: 

а – редуктор; б – зубчато-реечная передача; в – барабан с тросом;

г – кривошипно-шатунный механизм

Рабочий орган характеризуется определенной инерционностью, ра
бочим моментом при его вращательном движении или рабочим усилием 
при поступательном движении. В каждом конкретном механизме рабочий 
орган имеет свое конструктивное воплощение. Передача механической 
энергии от вала двигателя к рабочему органу или обратно связана с потерями в механических звеньях. Причина потерь – трение в подшипниках, 
направляющих, зацеплениях и т. п. В механических звеньях, обладающих 
упругостью, возникают дополнительные потери, обусловленные вязким 
трением в деформируемых элементах. В результате этого поток мощности, проходя от источника к потребителю, постепенно уменьшается. При 
этом потери механической энергии покрываются источником энергии: 
двигателем при прямом потоке энергии и рабочим органом при обратном.

Задача электропривода в конечном счете состоит в выполнении задан
ных по технологическим требованиям законов движения рабочего органа 
с максимальным приближением. При реализации этой задачи часто исходят из того, что закон движения ротора двигателя пропорционален указанному закону для рабочего органа. Однако при этом необходимо иметь 
в виду, что механические звенья могут вносить искажения в передаваемое