Автоматизированный электропривод

 
 
 
 
 
 
С. В. Оськин 
 
 
 
 
 
 
 
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ  
ЭЛЕКТРОПРИВОД 
 
 
 
 
 
2-е издание, дополненное 
 
 
Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации  
по агроинженерному образованию в качестве учебника  
для студентов высших учебных заведений по направлению «Агроинженерия» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2026 

УДК 62-83 
ББК 31.291 
О-79 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой энергообеспечения  
и автоматизации технологических процессов Южно-Уральского государственного 
аграрного университета В. М. Попов; 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электрооборудования 
и энергообеспечения АПК Ставропольского ГАУ Г. В. Никитенко  
Оськин, С. В. 
О-79 
Автоматизированный электропривод : учебник / С. В. Оськин. – 
2-е изд., доп. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2026. – 540 с. : ил.,
табл.
ISBN 978-5-9729-2886-6 
Изложены общие вопросы электропривода, связанные с проектированием и эксплуатацией современного автоматизированного электропривода, его экономическим 
обоснованием, надежностью и энергоэффективностью. Описаны приводные характеристики основных машин, применяемых в АПК, приведены расчетные формулы 
по определению мощности приводных электродвигателей, даны рекомендации по созданию оптимальных режимов работы, имеются схемы автоматизации с описанием их 
работы.  
Для бакалавров, специалистов и магистров, обучающихся по направлениям «Агроинженерия», «Электроэнергетика и электротехника». 
УДК 62-83 
ББК 31.291 
ISBN 978-5-9729-2886-6 
” Оськин С. В., 2026 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2026 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2026 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Существующая динамика поступательного движения в направлении повышения технического уровня автоматизированного электропривода приводит 
к необходимости периодического обобщения накопленного опыта в проектировании и эксплуатации существующего электрооборудования. Особенно это касается ситуации в агропромышленном комплексе России, который находится 
на переломном этапе своего развития: еще осталось и работает оборудование, 
спроектированное и изготовленное в прошлом веке, и в то же время поступают 
новые установки, оснащенные современными устройствами автоматики на основе цифровой техники. Задача эксплуатационников состоит в сохранении работоспособного состояния существующих электроустановок и перевода их в 
максимально энергосберегающий режим. Такое положение будет в АПК, пока 
полностью не заменится весь парк машин, что невозможно сделать за короткое 
время.  
Нужно повышать квалификацию существующего электротехнического 
персонала и обучать новых специалистов работе с более сложными современными устройствами автоматизированного электропривода. В последнее время 
защищено много диссертационных работ, которые были посвящены созданию 
энергоэффективных режимов старых механизмов и разработке новых современных рабочих машин с автоматизированным электроприводом. Невозможно 
разработать оптимальный автоматизированный электропривод без изучения и 
анализа приводных характеристик рабочих машин. В данном учебнике обобщен накопленный научный потенциал разработок, проведен обзор ранее серийно выпускаемых установок и приведены современные автоматизированные 
электроприводы основных рабочих машин сельскохозяйственного производства и предприятий переработки продукции села. Отличительной чертой агропромышленного комплекса России является насыщение его предприятиями переработки и хранения продукции, минизаводами по выпуску готового продовольствия. Как правило, все они оснащены поточными линиями с высокоавтоматизированным электроприводом, от надежной и эффективной работы которого зависят экономические показатели производства. Концентрация машин и 
оборудования, размещение их в разных местах по площади и уровню, тесная 
взаимосвязь и регламентированная последовательность их работы требуют дистанционного, централизованного и автоматического управления. Управляющие программируемые реле с многофункциональными дисплеями позволяют 
решать широкий спектр задач автоматизации от элементарных схем до сложных технологических процессов. Базовые модули позволяют подключаться к 
шинам передачи данных easy-NET, CANopen и Ethernet. Также доступны для 
использования стандартные модули расширения (входы/выходы), для передачи 
данных по шинам ASInterface, DeviceNet, CANopen, ProfiBus и Ethernet. Особенностью логических реле является облегченное программирование. Очередным этапом совершенствования автоматизированного электропривода стало 
включение его в состав автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Появились распределенные системы управления 

(РСУ), которые применяются для управления взаимосвязанными технологическими процессами, на их базе автоматизируются технологические установки, 
производственные цехи и целые заводы. Для конфигурирования таких масштабных систем, как РСУ инженерам предлагается целый набор предподготовленных программных компонентов и средств разработки. К ним относятся: пакеты визуального программирования, графические библиотеки, функциональные блоки, настроенные сетевые протоколы и интерфейсы. Система может покрывать большие площади. Цифровая сеть позволяет объединить разнесенные 
компоненты системы в единый программно-аппаратный комплекс. 
Число представленных на рынке разнообразных микроконтроллеров 
непрерывно растет. Почти еженедельно появляется новое изделие. Наряду с небольшими МК-чипами на рынок выпускается все больше многоядерных 
устройств. Одной из главных причин популярности микроконтроллеров служит 
то, что они являются практически полностью готовыми вычислительными 
устройствами, не требующими для своей работы дополнительного оборудования. Кроме того, возможность программировать работу микроконтроллера позволяет реализовывать достаточно сложные электронные устройства, в которых 
большая часть функционала реализуется программно. За последние двадцать 
лет произошли качественные изменения в структуре электропривода, связанные в первую очередь с переходом на новую элементную базу построения силового канала (IGBT-транзисторы, интеллектуальные силовые модули IPM) и 
новую элементную базу канала управления – высокопроизводительные микроконтроллерные системы прямого цифрового управления оборудованием. 
Смысл не только о прямом управлении ключами силовых преобразователей, но 
и о прямом сопряжении с широкой номенклатурой датчиков обратных связей 
(положения, скорости, ускорения), а также с элементами дискретной автоматики (релейно-контакторной аппаратурой, дискретными датчиками и дискретными исполнительными устройствами). Область управления двигателями и силовыми преобразователями стала ярким примером быстрой адаптации процессорной техники к задачам предметной области. 
Важной особенностью работы сельскохозяйственного электропривода является то, что он связан с жизнедеятельностью биологических объектов, и от 
качества работы технической системы во многом зависит продуктивность данного производства, а цена продукции может во много раз превышать стоимость 
оборудования. В связи с этим, в учебнике отдельно уделено внимание экономическим вопросам, имеется материал по проблеме надежности электропривода, 
даны рекомендации по созданию его энергосберегающих режимов работы. На 
сегодня проблема энергосбережения становится все более актуальной, так как 
доля затрат на энергоресурсы в себестоимости продукции возрастает, а производство конкуретноспособной продукции без решения таких задач невозможно. 
Таким образом, важным элементом обучения при подготовке высококвалифицированных кадров агропромышленного комплекса становится овладение студентами профессиональными компетенциями: в области энергосбережения при 
работе электрифицированного оборудования и, в частности, автоматизированного электропривода; в сфере разработки и эксплуатации электроприводов во 

всем спектре сельскохозяйственных машин; в адекватной оценке уровня работы существующих электроустановок на основе электрических машин и обоснованию необходимости его модернизации или замены. Данный учебник поможет 
овладеть необходимыми компетенциями при обучении как в бакалавриате, так 
и в магистратуре. При обучении в бакалавриате рекомендуются следующие 
главы и параграфы: 1.1, 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 4.7, 5.1, 5.3, 6.1. При этом 
студент сможет обладать следующими профессиональными компетенциями: 
готовностью к использованию технических средств автоматики и систем автоматизации технологических процессов; готовностью к профессиональной эксплуатации машин и технологического оборудования для производства, хранения и первичной переработки сельскохозяйственной продукции; способностью 
анализировать технологический процесс как объект контроля и управления; 
способностью проводить стоимостную оценку основных производственных ресурсов и применять элементы экономического анализа в практической деятельности; готовностью к участию в проведении исследований рабочих и технологических процессов и машин; готовностью к участию в проектировании технических средств и технологических процессов производства, систем электрификации и автоматизации сельскохозяйственных объектов, способностью использовать информационные технологии при проектировании машин и организации 
их работы. 
При обучении в магистратуре рекомендуются разделы: 1.2, 1.3, 1.4, 2.4, 
2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 3.3, 3.4, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2. При этом студент 
сможет обладать следующими профессиональными компетенциями: владением 
методами анализа и прогнозирования экономических эффектов и последствий 
реализуемой и планируемой деятельности; способностью и готовностью организовывать на крупных предприятиях АПК высокопроизводительное использование и надежную работу сельскохозяйственной техники и технологического 
оборудования для производства, хранения, транспортировки и первичной переработки продукции растениеводства и животноводства; способностью и готовностью применять знания о современных методах исследований; способностью 
проведения инженерных расчетов для проектирования систем и объектов. 
Также изложенный материал, может быть полезен аспирантам, обучающихся по направлению «Агроинженерия» при работе над диссертациями, работающим энергетикам и слушателям факультета повышения квалификации при 
совершенствовании своего уровня профессиональной подготовки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ  
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА  
РАБОЧИХ МАШИН 
 
1.1. Приводные характеристики рабочих машин  
и условия работы автоматизированного электропривода  
в АПК 
 
Появление автоматизированного электропривода с одной стороны связано с возникновением новых электронно-цифровых систем управления и с 
другой стороны – с появлением поточных линий, а также с дальнейшим развитием процесса сращивания рабочей машины с электродвигателем. Технологи 
начали предъявлять повышенные требования к электроприводу с точки зрения 
надежности и качества работы: расширение выполняемых функций, наличие 
устройств получения и хранения информации, обязывают работать в энергосберегающих режимах (рис. 1.1). 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Влияние технологии на электропривод 
 
Приводные характеристики сельскохозяйственных машин – технологические, кинематические, энергетические, механические, нагрузочные, инерционные. Эти характеристики необходимы как при эксплуатации электропривода – для создания энергоэффективных и надежных режимов работы, так и 
при проектировании рационального электропривода.  
Технологические характеристики изображают в виде технологических 
схем (рис. 1.2) и технологических заданий.  
Эти характеристики определяют требования к электроприводу со стороны 
качества продукции (допустимые колебания скорости, удельные расходы энергии, необходимость регулирования режимов работы и достижимые уровни, 
необходимость автоматизации и ее степень) и условия работы электропривода в 

зависимости от характера окружающей среды, рода помещения (сухое, сухое 
неотапливаемое, сырое, пожароопасное, взрывоопасное). 
 
 
 
Рисунок 1.2 – Пример технологической схемы переработки молока 
 
Кинематические характеристики дают представление о траекториях и 
скоростях движения всех элементов машины, а также о путях распределения 
энергетического потока от двигателя к рабочему органу. Изображаются они в 
виде кинематических схем (рис. 1.3).  
 
 
 
Рисунок 1.3 – Кинематическая схема фрезерного станка 

Такие схемы дают возможность: оценить количество передаточных 
устройств, их кпд; увидеть скорости вращения отдельных составляющих; правильно выбрать частоту вращения приводного двигателя и принять решение о 
необходимости ее регулировать. 
Энергетические характеристики показывают общий (кВтÂч) и удельный 
(кВтÂч на единицу продукции) расход электрической энергии на выполнение 
технологического процесса, а также распределение энергии между отдельными узлами машины. Также приводятся сведения по коэффициентам полезного 
действия отдельных узлов и коэффициенту мощности потребляемой электроэнергии. 
Механические характеристики определяют зависимость установившейся 
скорости машины от момента сил сопротивления. Они могут быть изображены 
графически или описаны аналитически (рис. 1.4). Механические характеристики используются: при анализе переходных процессов, режимов работы машины 
совместно с электродвигателем; определении возможности пуска и устойчивой 
работы электропривода; при построении нагрузочных диаграмм. 
 
 
 
Рисунок 1.4 – Механические характеристики рабочих машин:  
1–5 характеристики при изменении показателя степени от 0 до 3  
и различном начальном моменте сопротивления 
 
Знание механических характеристик особенно необходимо при регулировании скорости асинхронного двигателя (АД) и использовании при этом преобразователей частоты. Возможность изменения скорости АД при регулировании 
частоты 
1f следует непосредственно из выражения 
0
1
2
/
f
p
Z
S
 
. Как видно из 
данного выражения, синхронная скорость АД прямо пропорциональна частоте 
питающего напряжения. При регулировании частоты возникает также необходимость регулирования напряжения источника питания. Действительно, ЭДС 
обмотки статора АД пропорциональна частоте тока и магнитному потоку 

E
k f
 ) . Из приведенного выражения следует, что при неизменном напряжении источника питания 
1
U и регулировании его частоты меняется магнитный 
поток АД. В частности, уменьшение частоты 
1f приводит к возрастанию потока 
и, как следствие, к насыщению машины и увеличению тока намагничивания, 
что связано с ухудшением энергетических показателей двигателя, а в ряде случаев и к его недопустимому нагреву. Увеличение частоты
1f приводит к снижению потока двигателя, что при постоянном моменте нагрузки на валу в соответствия с выражением 
2
2
cos
M
k I
M
 )
 приводит к возрастанию тока ротора,  
т. е. к перегрузке его обмоток по току. Кроме того, с этим связано снижение 
максимального момента и перегрузочной способности двигателя. Обычно при 
регулировании выше основной скорости частота источника питания превышает 
номинальную не более чем в 1,5–2 раза. Указанное ограничение обусловлено 
прежде всего прочностью крепления обмотки ротора, а также с максимально 
возможной частотой вращения установленных подшипников. Регулирование 
скорости вниз от основной, как правило, осуществляется в диапазоне 10 ÷ 15. 
Нижний предел частоты ограничен сложностью реализации источника питания 
с низкой частотой тока, возможностью неравномерности вращения, ухудшением охлаждения самовентилируемых электродвигателей и рядом других факторов. Таким образом, частотное регулирование скорости АД может осуществляться в диапазоне 20 ÷ 30. В этом случае кроме изменении частоты тока изменяется и уровень подводимого напряжения. В связи с тем, что механические 
характеристики в зависимости от показателя степени в аналитическом выражении (рис. 1.4) условно разбиты на 4 группы (х = 0, х = 1, х = 2, х = –1), то используют и 4 закона регулирования угловой скорости асинхронного двигателя. 
В основу каждого закона положено постоянство перегрузочной способности 
электродвигателя. 
Для получения закона регулирования при постоянном моменте сопротивления (х = 0) выберем две точки пересечения механических характеристик момента сопротивления и электродвигателя (
1
Z и 
2
Z ) (рис. 1.5). 
 
 
Рисунок 1.5 – Механические характеристики электродвигателя  
и рабочей машины при 
с
М
const
 
 

Для этих точек перегрузочная способность выглядит следующим образом: 
 
кр
кр
ндв
ндв
М
М
Const
М
М
 
 
. 
 (1.1) 
В рациональном электроприводе 
ндв
сприв
М
М
 
 и тогда можно записать: 
 
1
2
1
2
кр
кр
сприв
сприв
М
М
Const
М
М
 
 
. 
(1.2) 
В связи с тем, что момент критический электродвигателя прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно пропорционален квадрату частоты, то: 
 
2
2
1
2
2
2
1
1
2
2
сприв
сприв
U
U
Const
М
f
М
f
 
 
˜
˜
. 
(1.3) 
Из формулы уравнения механической характеристики (рис. 1.4) следует, 
что момент сопротивления пропорционален угловой скорости в степени x и 
частоте вращения также в степени x: 
 
х
x
сприв
М
f
Z
{
{
. 
(1.4) 
Тогда формулу (1.3) можно представить в следующем виде: 
 
2
2
1
2
2
2
1
1
2
2
x
x
U
U
Const
f
f
f
f
 
 
˜
˜
. 
(1.5) 
Закон регулирования при постоянном моменте сопротивления (х = 0) будет 
выглядеть следующим образом: 
 
U
Const
f 
. 
(1.6) 
Соответственно для рабочих машин с моментом сопротивления, изменяющимся по линейному закону (
1
x ): 
 
U
Const
f
f
 
˜
. 
(1.7) 
Для рабочих машин с моментом сопротивления, изменяющимся по квадратичному закону (вентиляторная характеристика – 
2
x 
): 
 
2
U
Const
f
 
. 
(1.8) 
Для рабочих машин с моментом сопротивления, изменяющимся по гиперболическому закону (
1
x  ): 
 
U
Const
f
 
. 
(1.9) 
Полученные выражения можно проиллюстрировать графически (рис. 1.6). 
Нагрузочные диаграммы машин показывают зависимости момента 
с
М , 
мощности 
с
Р сопротивлений и угловой скорости рабочей машины от времени. 
Нагрузочные диаграммы отражают характер и режим работы электропривода. 
Нагрузка рабочей машины может быть постоянной и переменной.