Электропривод и электроавтоматика

А. Г. Сеньков 
В. А. Дайнеко 

ЭЛЕКТРОПРИВОД 

И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА

Допущено Министерством образования 

Республики Беларусь в качестве учебного пособия 

для учащихся учреждений образования, реализующих 

образовательные программы среднего специального образования 

по специальностям «Мехатроника», «Техническая эксплуатация 
оборудования», «Машины и технология обработки материалов 

давлением», «Технология машиностроения»

Минск
РИПО
2020

УДК 621.31(075.32)
ББК 31.291я723

С31

А в т о р ы:

заведующий кафедрой «Автоматизированные системы управления 

производством» УО «Белорусский государственный аграрный технический 

университет» кандидат технических наук, доцент А. Г. Сеньков; 

заведующий кафедрой «Электрооборудование сельскохозяйственных 

предприятий» этого же учреждения образования кандидат технических наук, 

доцент В. А. Дайнеко

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия специальных учебных предметов (дисциплин) 

машиностроения и металлообработки филиала «Колледж современных 

технологий в машиностроении и автосервисе» УО РИПО (М. Б. Бондарев);

доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок 

и технологических комплексов» Белорусского национального технического 

университета кандидат технических наук, доцент О. Ф. Опейко

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.

Сеньков, А. Г.

С31
Электропривод и электроавтоматика : учеб. пособие / А. Г. Сеньков, 

В. А. Дайнеко. – Минск : РИПО, 2020. – 177 с., [4] л. ил. : ил.

ISBN 978-985-7234-38-7.

В учебном пособии изложен новый материал по датчикам, электрическим аппа
ратам управления и защиты в системах автоматики, новым электрическим аппаратам и приборам, в которых использованы достижения микропроцессорной техники 
и силовой преобразовательной техники, приведены сведения о системах управления 
электроприводами с числовыми программными устройствами. Материал сопровождается иллюстрациями, схемами и контрольными вопросами по каждому разделу.

Предназначено для учащихся учреждений среднего специального образования 

по специальностям «Мехатроника», «Техническая эксплуатация оборудования», 
«Машины и технология обработки материалов давлением», «Технология машиностроения».

УДК 621.31(075.32)

ББК 31.291я723

ISBN 978-985-7234-38-7 
 
© Сеньков А. Г., Дайнеко В. А., 2020
 © Оформление. Республиканский институт

 профессионального образования, 2020

ВВЕДЕНИЕ

Во многих отраслях промышленности производительность 

технологического оборудования в значительной степени определяется уровнем его автоматизации, основным звеном которой 
является электропривод. Прогресс во многих отраслях науки и 
техники (машиностроение, микроэлектроника, транспорт, космическая техника, добыча и переработка полезных ископаемых 
и т. д.) все более подчеркивает его важнейшую роль. Большинство людей редко используют понятие «электропривод», хотя 
сталкиваются с этим понятием ежедневно: комфортное движение в электропоезде, лифте, автомобиле, использование многочисленных бытовых приборов (пылесос, миксер, кондиционер, 
вентилятор, кухонный комбайн, автоматическая стиральная машина) и т. д.

В настоящее время на смену регулируемому электроприводу 

постоянного тока пришел регулируемый электропривод переменного тока, прежде всего на базе асинхронных короткозамкнутых 
двигателей. Асинхронные двигатели – самые распространенные 
электрические машины. Однако до недавнего времени их применяли в основном в нерегулируемых электроприводах для вращения механизмов, работающих с постоянной скоростью: вентиляторов, насосов, компрессоров, конвейеров.

В связи с появлением новых поколений транзисторов и ти
ристоров, а также относительно недорогих микропроцессоров 
высокого быстродействия выпуск и эксплуатация автоматизированных электроприводов переменного тока на базе асинхронных 
электродвигателей стали экономически целесообразными. Это 
объясняется и тем, что технология производства асинхронных 

Введение

двигателей в настоящее время практически полностью автоматизирована.

Современный автоматизированный электропривод пред
ставляет собой сложную электромеханическую систему, которая 
управляет, например, мощными, в несколько десятков тысяч киловатт, аэродинамическими трубами, где осуществляется моделирование условий, аналогичных тем, какие возникают в полете 
летательных аппаратов, или реверсивными прокатными станами, в которых двигатели постоянного тока мощностью каждый в 
10 000 кВт более 1000 раз в течение 1 ч, т. е. примерно за каждые 
3 с, меняют свое направление вращения, обеспечивая автоматически прокатку заготовки. В соответствии с системным подходом 
к электроприводу все элементы внутри него теснейшим образом 
взаимосвязаны и взаимообусловлены, а сам электропривод столь 
же тесно связан с системами более высокого уровня. Поэтому 
необходимо глубокое понимание этих взаимосвязей и учет их на 
практике. 

Понимание устройства и работы электропривода – это пре
жде всего понимание физических процессов, происходящих в 
нем, умение сопоставить современные технические решения в 
области микро- и силовой электроники, а также современного 
программного обеспечения. Это необходимо всем, чья деятельность непосредственно связана с проектированием, изготовлением и эксплуатацией установок, в которых используются автоматизированный электропривод и системы управления им. 

В учебном пособии приведены общие теоретические поло
жения, касающиеся механики автоматизированного электропривода, а также наиболее распространенные и перспективные 
способы управления им. Рассмотрены разомкнутые (релейноконтактные) системы управления пуском и торможением электропривода, основные виды его защиты и блокировки, а также 
замкнутые системы управления последовательного и параллельного действия.

Задача данного учебного пособия: дать развернутое пред
ставление о средствах, входящих в состав современного электропривода (электродвигатель, силовой преобразователь, датчики и 
система управления), показать основные способы регулирования 
электроприводов, обозначить их достоинства и недостатки. 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД

Для выполнения технологической операции исполнитель
ный орган рабочей машины должен совершать механическое 
движение с требуемой скоростью и преодолевать при этом силу 
сопротивления. То есть к исполнительному органу должна быть 
подведена механическая энергия от устройства, называемого 
приводом. Таким образом, привод (он же силовой привод) в механике – совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин и механизмов.

Выбор типа привода – важнейшая задача, которая стоит при 

проектировании любого оборудования, где будет осуществляться линейное перемещение или вращательное движение. По виду 
энергии, используемой для приведения в действие машин и механизмов, различают три основных типа привода:

• гидравлический;
• пневматический; 
• электрический.
Каждый из них передает энергию исполнительному механиз
му и преобразует ее в движение. У каждого – своя рабочая среда, 
что делает отличными их характеристики.

Гидравлический привод (гидропривод) – совокупность устройств, 

предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Так, в 1795 г. английский изобретатель Джозеф Брама изобрел гидравлический 
пресс. Функцией гидропривода является передача мощности от 
приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в 
одноковшовом экскаваторе – передача мощности от двигателя 
внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода 

1. Электропривод

стрелы, к гидродвигателям поворота платформы и т. д.). В общих 
чертах передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом: 

• приводной двигатель передает вращающий момент на вал 

насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости;

• рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую 

аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая 
энергия преобразуется в механическую;

• после этого рабочая жидкость по гидролиниям возвраща
ется либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

Пневматический 
привод 
(пневмопривод) 
– 
совокупность 

устройств, предназначенных для приведения в движение частей 
машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор 
(генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель. Приводной двигатель передает вращающий момент на вал компрессора, 
который осуществляет сжатие воздуха и таким образом сообщает 
энергию рабочему газу. Рабочий газ по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая энергия преобразуется в механическую. После этого 
рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от 
гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

Электрический привод (электропривод) преобразует электри
ческую энергию в механическую и обратно. В настоящее время 
на производстве, в сельском, коммунальном хозяйствах наиболее 
распространен электрический привод, на долю которого приходится более 60 % потребления электроэнергии. Электропривод 
потребляет энергию только при движении, что делает его особенно экономичным. Можно использовать электродвигатель любого типа: постоянного, переменного тока, серводвигатель и др. 
Благодаря своим компактным размерам его можно монтировать 
в составе практически любого оборудования и станков. Из-за доступности источника энергии его применяют во всех отраслях на 
основных и вспомогательных операциях.

Достоинства электрического привода: высокий коэффициент 

полезного действия (КПД) преобразования электрической энергии в механическую; легкость управления; широкие возможности для автоматизации технологических процессов; возможность 

1. Электропривод

работы в широком температурном диапазоне, при повышенной 
влажности; более низкая стоимость. Возможности электропривода все более расширяются по мере развития силовой электроники и микропроцессорной техники.

Электропривод (ЭП) – это электромеханическая система, со
стоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенная для приведения в движение рабочих органов машин и управления этим 
движением.

Функциональная схема электропривода представлена на ри
сунке 1.1.

1

I

II

2

3
5

4

Uз

UОС

6

Рис. 1.1. Функциональная схема электропривода:

I – электропривод; II – система управления; 1 – источник 

электроэнергии; 2 – силовой преобразователь; 3 – электродвигатель; 

4 – блок управления; 5 – передаточное устройство; 

6 – рабочая машина

Основной элемент электропривода – электродвигатель, ко
торый преобразует электрическую энергию от источника в механическую энергию рабочей машины. Передаточное устройство служит для изменения скорости вращения выходного вала 
электродвигателя до значения, необходимого рабочей машине. 
Оно может быть выполнено в виде редуктора, т. е. быть неуправляемым. Управляемое передаточное устройство представляет собой коробку передач с электромагнитными муфтами, изменяющими ее передаточное число. Для получения электроэнергии 
требуемых параметров между электродвигателем и источником 
энергии включают силовой преобразователь. Управление преоб

1. Электропривод

разователем осуществляется от блока управления, на вход которого поступают задающий сигнал Uз и дополнительные сигналы 
обратной связи UОС, дающие информацию о характере движения 
исполнительных органов, работе отдельных узлов, об аварийных 
режимах. Преобразователь вместе с блоком управления образуют 
систему управления. Утолщенными линиями показаны силовые 
каналы передачи электрической и механической энергии, а тонкими – каналы передачи сигналов управления.

В электроприводах используют асинхронные, синхронные 

двигатели; электродвигатели постоянного тока независимого, последовательного, смешанного возбуждения; вентильные, шаговые 
и линейные электродвигатели постоянного и переменного тока.

По характеру движения электроприводы бывают вращатель
ными и линейными; по направлению вращения – реверсивными 
и нереверсивными; по принципу действия электродвигательного 
устройства – непрерывного действия (подвижные части электродвигателя в установившемся режиме работы находятся в состоянии непрерывного движения) и дискретного действия (подвижные части находятся в состоянии дискретного движения). Так, 
примером электропривода дискретного действия может служить 
использование так называемых шаговых электродвигателей для 
вращения стрелок в часах с кварцевым механизмом.

Электропривод может получать питание от сети, а может 

быть автономным, т. е. получать питание от аккумуляторов или 
от теплового двигателя (дизель-электрический или турбоэлектрический привод).

По роду тока электроприводы разделяют на приводы посто
янного и переменного тока; по виду преобразовательного устройства – на вентильные, тиристорные, транзисторные и с преобразователями частоты.

По характеру изменения параметров электроприводы могут 

быть регулируемыми и нерегулируемыми. Параметры регулируемых электроприводов изменяются под воздействием регулирующего устройства, нерегулируемых – в результате возмущающих 
воздействий.

По виду связей с исполнительным органом рабочей машины 

электроприводы делят на безредукторные, редукторные, маховиковые и электрогидравлические.

Электропривод бывает групповой, индивидуальный и взаи
мосвязанный. В групповом приводе один электродвигатель при

1.1. Структура механической части электропривода

водит в движение с помощью разветвленной передачи группу 
механизмов или группу рабочих органов одного механизма. Кинематическая схема такого привода оказывается громоздкой, а 
сам привод неэкономичен, поэтому находит ограниченное применение.

В индивидуальном приводе электродвигатель приводит в 

движение только один рабочий орган. Кинематическая схема механизма с индивидуальным приводом существенно упрощается, 
повышается экономичность и снижается металлоемкость механизма. Электродвигатель может встраиваться непосредственно в 
механизм.

Взаимосвязанный привод обеспечивает работу одного меха
низма при помощи нескольких электродвигателей.

1.1. СТРУКТУРА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ 
ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Механическая часть электропривода включает в себя движу
щиеся массы двигателя – ротор или якорь, передаточное устройство и рабочий орган исполнительного механизма – рабочую 
машину (см. рис. 1.1). Передаточное устройство осуществляет 
преобразование движения в механической части электропривода. При помощи передаточного устройства может увеличиваться 
или уменьшаться скорость, изменяться вид движения, например осуществляться преобразование вращательного движения в 
поступательное и т. д. К передаточным устройствам относятся 
редукторы, винтовые, зубчато-реечные или ременные передачи, 
барабан с тросом и т. п.

Исполнительный, или рабочий, орган рабочей 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 
спуске груза. Поток механической мощности при этом направлен 
от рабочего органа к двигателю. Передача механической энер

1. Электропривод

гии 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 
элемен тах. В результате поток мощности, проходя от источника 
к потребителю, постепенно уменьшается.

Моменты и силы, приложенные к отдельным частям элек
тропривода, могут быть движущими, направленными в сторону 
движения, и тормозными, действующими в противоположном 
направлении.

Активный момент имеет постоянное направление действия, 

не зависящее от направления скорости. Он создается так называемыми потенциальными силами (гравитационными, силами 
упругой деформации).

Реактивный момент создается в основном силами трения, 

всегда направлен противоположно направлению движения, поэтому его знак изменяется на противоположный с изменением 
направления движения. К реактивным моментам относятся также моменты неупругой деформации.

Если направление момента, создаваемого двигателем, и на
правление вращения его вала совпадают, двигатель работает в 
основном режиме – двигательном. При этом он преобразует 
электрическую энергию в механическую, а его момент является 
движущим.

Если направление момента, создаваемого двигателем, и на
правление вращения его вала противоположны, двигатель работает в тормозном режиме, создавая тормозной момент и потребляя при этом механическую энергию.

Реактивные моменты всегда являются тормозными. Напри
мер, моменты сопротивления трения, возникающие в механизмах, моменты сопротивления при резании металла и др. Активный момент действует в одном и том же направлении независимо 
от направления частоты вращения. Он может быть направлен 
как по движению, так и против него.

Механической характеристикой рабочей машины называют 

зависимость

М = f(ω),
(1.1)