Electromecanotronica

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La ciencia
Electromecanotrónica (EMT)
electromecánica inteligente
Tema de estudio máquinas eléctricas combinadas con componentes electrónicos.
Período de origen años 80 del siglo XX
Direcciones principales Diseño de máquinas eléctricas combinadas con interruptores electrónicos;
Optimización de convertidores electromecanotrónicos;
Compatibilidad electromagnética de máquinas eléctricas con convertidores eléctricos.
Auxiliar disciplinas Máquinas eléctricas , Electrónica de
potencia , Accionamiento eléctrico .
Centros de investigación Laboratorio de problemas en electromecanotrónica [[Universidad Estatal de Chuvash|CSU ]];
Centro científico y educativo "Tecnologías electrocanotrónicas de automatización y ahorro de energía" ISPU
Científicos importantes

Yu. P. Koskin; MV Pronin; S. G. Germán-Galkin;

D. A. But, A. K. Arakelyan, A. A. Afanasiev, Yu. S. Smirnov, V. I. Domrachev, S. K. Lebedev, A. R. Kolganov

La electromecanotrónica es una rama de la ciencia y la tecnología asociada con el desarrollo de la teoría y la tecnología de sistemas automáticos para la conversión de energía electromecánica , creados por combinación funcional y constructiva de convertidores electromecánicos con componentes electrónicos [1] .

El profesor MAI But D. A. consideraba que la electromecanotrónica era una rama de la electromecánica que surgió como resultado de la integración de la electromecánica y la electrónica. [2] . El académico Glebov I. A. reconoció a la electromecanotrónica como una dirección científica independiente asociada con la síntesis de máquinas eléctricas y dispositivos semiconductores . [3]

Una nueva dirección de electromecánica, creada por el profesor Koskin Yu.P., se desarrolló en los trabajos de Pronin M.V. , Buta , Smirnov Yu.4][D.A. , Popova V. V. [6] y otros profesores de la Universidad Estatal de Chuvash A. K. Arakelyan y A. A. Afanasiev han estado trabajando con éxito en el campo llamado electromecánica intelectual o electromecanotrónica durante muchos años . [7] [8]

Sobre el término

El término "electromecanotrónica" se formó [9] combinando los términos " electromecánica " y " electrónica ". Un elemento de término común en las palabras complejas "electromecánica" y "electromecanotrónica" es la palabra " mecánica ", que se escribe en la transcripción rusa como "mekhan". La transcripción en inglés utiliza la notación "Electromechatronics" . Por lo tanto, en publicaciones en ruso, las frases "electromechatronics" y "electromechatronics" se usan como equivalentes.

El término "electromecanotrónica" se utiliza para designar la rama de la ciencia y la tecnología asociada a la electronización de dispositivos técnicos llamados convertidores electromecánicos y considerados en electromecánica . La electronización es la combinación de transductores electromecánicos con instrumentos y dispositivos electrónicos llamados componentes electrónicos . Los componentes electrónicos hacen que la conversión de energía electromecánica sea controlada automáticamente, proporcionando una combinación funcional de procesos de energía e información.

La electromecanotrónica es una dirección científico-técnica en el campo de las micromáquinas eléctricas asociada con la creación de máquinas eléctricas inteligentes que pueden adaptarse a las condiciones reales de operación y cambiar los modos de operación de acuerdo con un programa dado. [6]

El equipo de desarrolladores de TUSUR , encabezado por el profesor Yu . , [12]

Historia

El concepto de "electromecanotrónica" fue propuesto por primera vez por el profesor de la Universidad Electrotécnica Estatal de San Petersburgo "LETI" Yu. P. Koskin en 1986. [13]

El reconocimiento oficial de la electromecanotrónica tuvo lugar en octubre de 1987 en la primera conferencia científica y técnica de toda la Unión sobre electromecanotrónica [14] . Posteriormente, se celebraron el Seminario científico y técnico de toda la Unión (1989) [15] y la segunda Conferencia científica y técnica (1991). [16] [17] La ​​primera y segunda conferencias científicas y técnicas de toda la Unión sobre electromecanotrónica se llevaron a cabo bajo la dirección del académico I. A. Glebov . [3]

En febrero de 1989, en el marco del Consejo Científico y Técnico de toda la Unión, se celebró una reunión en la que participaron los profesores Bortsov Yu. A. ( LETI ), German-Galkin S. G. (LITMO), Ilyinsky N. F. (MPEI), Koskin Yu. P. (LETI), Sokolovsky G. G. (LETI), Yunkov M. G. (VNII Elektroprivod). En la reunión se discutió la terminología de electromecanotrónica y accionamiento eléctrico. Se acordaron los conceptos de "electromecanotrónica", "convertidor electromecanotrónico" y "accionamiento eléctrico".

Desde febrero de 1989 hasta abril de 1992, el "Seminario permanente sobre electromecanotrónica" Mejora de máquinas eléctricas y convertidores basados ​​en el uso de tecnología de microprocesadores" funcionó en la Casa de Propaganda Científica y Técnica de Leningrado (LDNTP).

En 1997 se llevó a cabo la Conferencia Internacional de Electromecanotrónica. [18] A la conferencia asistieron científicos extranjeros como Sakae Yamamura (académico, profesor de la Universidad de Tokio ), T.Wolbank ( Universidad Tecnológica de Viena ), A.Dell'Aquilla, E.Montarulli, P.Zanchetta (Polotechnico di Bari, Italia), C.Rasmunssen (Universidad de Aalborg, Dinamarca), E.Ritchie (Instituto de Tecnología Energética, Dinamarca). Entre los científicos rusos estaban V. V. Khrushchev ( Universidad Estatal de Instrumentación Aeroespacial de San Petersburgo ) , A. Yu (NIIElektromash).

En 2010, en los números No. 1 (21), parte 2 y No. 2 (22) de la revista "Informes de la Universidad Estatal de Sistemas de Control y Radioelectrónica de Tomsk" en los artículos del profesor Yu. M. Osipov "Sobre el El desarrollo del concepto de "mecatrónica" y "manipuladores electromecatrónicos multicoordinados de equipos tecnológicos" justificó el concepto de "electromecatrónica" como el desarrollo de la mecatrónica sobre la base de "dispositivos de accionamiento", "combinatoria cinemática de coordenadas múltiples" e "inteligente". control".

El 30 de noviembre de 2011 se realizó un seminario [19] en LETI , donde se escuchó el informe “Electromecanotrónica y su conexión con el accionamiento eléctrico y la mecatrónica”. A la discusión asistieron los jefes de departamento y profesores Tomasov V. S. (Jefe del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Sistemas Electromecánicos de Precisión ET y PEMS, ITMO), Hollandtsev Yu. A. (Jefe del Departamento de Tecnologías Informáticas Integradas en la Industria ICTP SPbSPU) , Kozyaruk A E. (Jefe del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica de la Universidad Estatal de San Petersburgo), Prokofiev G. I. (Jefe del Departamento de Robótica y Automatización de Sistemas Industriales, LETI), Sokolovsky G. G. (LETI).[ significado del hecho? ]

Conceptos básicos

Un convertidor electromecanotrónico  es un sistema automático de conversión de energía electromecánica, creado por la combinación funcional y constructiva de un convertidor electromecánico con componentes electrónicos para la conversión de parámetros eléctricos, control, diagnóstico y protección.

GOST R50369-92 define el concepto de " accionamiento eléctrico con convertidor electromecanotrónico ": " Un accionamiento eléctrico con convertidor electromecanotrónico es un accionamiento eléctrico que contiene un dispositivo que combina un convertidor electromecánico con componentes electrónicos de control, diagnóstico y protección que aseguran su funcionamiento ."

En un convertidor de electromecanotrón como sistema automático, se pueden distinguir dos subsistemas por características funcionales:

El subsistema de energía  es una parte de un convertidor electromecanotrónico que combina un convertidor electromecánico con componentes electrónicos con fines energéticos y asegura el flujo de procesos de conversión de energía electromecánica que cumplen con el propósito y la potencia de salida especificada del convertidor electromecanotrón.

El subsistema de información  es una parte de un convertidor electromecanotrónico que combina dispositivos de control, diagnóstico y protección con componentes electrónicos con fines de información y asegura el flujo de procesos de energía de acuerdo con una ley dada con la precisión requerida.

Los componentes electrónicos con fines energéticos son dispositivos y dispositivos que proporcionan un cambio en los parámetros de la electricidad, así como interruptores de potencia de conmutación en un convertidor electromecano-mecanotrón. Ejemplos de componentes electrónicos para uso energético: dispositivos electrónicos , rectificadores , inversores , convertidores de frecuencia , dispositivos de conmutación .

Componentes electrónicos con fines de información : dispositivos y dispositivos que proporcionan la recepción, el almacenamiento, la conversión y la transmisión de información en un convertidor de electromecanotrón. Los dispositivos de los subsistemas de información están formados por componentes electrónicos y otros dispositivos utilizados tradicionalmente en automatización, accionamiento eléctrico automatizado , sistemas de control automático .
Ejemplos de componentes electrónicos con fines de información: amplificadores de transistores , dispositivos de información de pulsos, convertidores de digital a analógico y de analógico a digital , microprocesadores , computadoras .

Entre los conceptos generales de electromecanotrónica asociados al uso combinado de varios convertidores electromecanotrónicos (dos o más) se encuentran un sistema electromecanotrónico y un complejo electromecanotrónico.

Sistema electromechanotron  : un conjunto de convertidores electromecánicos y componentes electrónicos funcional y estructuralmente de propósito común; El profesor V. V. Popov da la siguiente definición: “un sistema electromecanotrónico es un transductor electromecánico integrado estructuralmente con sistemas electrónicos complejos”. [6]

Complejo de electromecanotrones : un conjunto de convertidores de electromecanotrones , unidos por un propósito común.

Los conceptos y definiciones considerados son comunes para la electromecanotrónica como ciencia técnica. En base a ellos, se desarrolla una terminología particular, teniendo en cuenta el campo de la tecnología en el que se crean los convertidores de electromecanotrones. Los conceptos particulares de electromecanotrónica tienen en cuenta el propósito, así como las características funcionales y de diseño de los convertidores electromecanotrónicos en ingeniería eléctrica, aparatos e instrumentación, energía eléctrica y accionamientos eléctricos, aviación, robótica, etc.

Ejemplos de transductores electromecanotrónicos

En el diagrama de bloques de un motor sin escobillas como convertidor de electromecanotrón, la parte de información (subsistema) está resaltada en azul y la parte de energía está resaltada en rojo.

UU - dispositivo de control
EEU - dispositivo electrónico de potencia
EMP - convertidor electromecánico
D - sensor de posición del rotor

En el caso de un motor sin escobillas, el dispositivo de control es un convertidor de coordenadas, cuya entrada recibe el voltaje de control del motor (flecha izquierda) e información sobre el valor instantáneo del ángulo de rotación del rotor (flecha inferior). Como dispositivo electrónico de energía se utiliza un inversor de tensión (transistor o tiristor) o un amplificador de potencia lineal (transistor, sólo para potencias bajas). Un convertidor electromecánico en un motor brushless es una máquina síncrona, en este caso trifásica. El sensor de posición del rotor puede ser un sensor de ángulo seno-coseno o un codificador.

Conexión de electromecanotrónica con accionamiento eléctrico y mecatrónica

Según el grado de subordinación o interdependencia, la electromecanotrónica (EMT), el accionamiento eléctrico (ED) y la mecatrónica (MT) se pueden colocar en el orden de EMT EP MT. Los dispositivos técnicos correspondientes a estas ciencias se colocan de manera similar: EMTP EP MM, donde EMTP es un convertidor electromecanotrónico, EP es un accionamiento eléctrico, MM es un módulo mecatrónico.

Las afirmaciones anteriores significan que los convertidores electromecatrónicos se utilizan como parte de un accionamiento eléctrico y un accionamiento eléctrico, a su vez, puede ser una parte integral de un módulo mecatrónico.

Un convertidor electromecanotrónico (EMTP) consta de un dispositivo electrónico de potencia (EED), un convertidor electromecánico (el estator y el rotor se muestran por separado para enfatizar la tarea principal del EMTP: control automático de la conversión de energía eléctrica en energía mecánica y viceversa). ), un subsistema de información (IPS). EEU, estator y rotor del convertidor electromecánico (S EMF y R EMF) forman el subsistema de energía del convertidor electromecanotrónico.

El subsistema de información (IPS) sobre la base de las señales del sistema de control del accionamiento eléctrico y las señales del subsistema de energía (es decir, del EEU y el convertidor electromecánico) controla la conmutación de los interruptores de potencia del EEU.

En un caso particular, puede no existir una separación explícita entre la IPS y la SUEP, sin embargo, de acuerdo con el propósito funcional, dicha separación siempre puede establecerse.

La teoría de un accionamiento eléctrico difiere de la teoría de los convertidores electromecanotrónicos principalmente en que conecta un convertidor electromecánico, así como un convertidor electromecanotrónico con un actuador (IM), asegurando el funcionamiento del EMTP en interés del IM, es decir , controlando el movimiento del IM para implementar el proceso tecnológico.

La mecatrónica como ciencia asegura el desarrollo de objetos en forma de MM o sistemas mecatrónicos, combinando EMF, EMTP, EP y otros dispositivos técnicos en sus capas estructurales para proporcionar un movimiento de precisión controlado por computadora de un objeto mecatrónico.
La combinación de un motor EMTP y un IM en un accionamiento eléctrico o MM, un generador EMTP con un motor principal en un grupo electrógeno y unidades generadoras en una central eléctrica, así como la formación de otros sistemas técnicos basados ​​en un EMTP es sinérgico en el sentido en que se interpreta en mecatrónica: todos los elementos constitutivos y nodos en EMT, EP y MT no solo se complementan entre sí, sino que se combinan de tal manera que los sistemas EMTP, EP, MM y mecatrónicos formados adquieren propiedades cualitativamente nuevas. Un accionamiento eléctrico (ED), que incluye un convertidor electromecanotrónico (EMTP), un mecanismo de transmisión (PM), un actuador (IM), un sistema de control de accionamiento eléctrico controlado por ordenador (SUEP), cuando se combinan funcional y constructivamente, es un módulo mecatrónico (MM).

Diferencias entre electromecanotrónica y mecatrónica

  1. En un convertidor electromecanotrónico, el subsistema de energía (EPS) y el subsistema de información (IPS) se combinan para asegurar la conversión de energía (eléctrica a mecánica o mecánica a eléctrica) con la mayor eficiencia y confiabilidad posibles [9] . En el módulo mecatrónico, los procesos de energía e información se combinan para lograr otro objetivo, a saber, la implementación de una ley dada para controlar el movimiento de un actuador (AM) [20] .
  2. En mecatrónica, se crean módulos y sistemas mecatrónicos que implementan el movimiento y el funcionamiento especificados de los cuerpos de trabajo utilizando accionamientos neumáticos, hidráulicos y eléctricos, motores de combustión interna, turbinas de gas y vapor, es decir, máquinas de diversa naturaleza física, correspondientes a varias secciones. de mecánica [21] , [22] . En electromecanotrónica, solo se consideran aquellos dispositivos que utilizan el movimiento de conductores y elementos ferromagnéticos en campos magnéticos y eléctricos [2] con el propósito de conversión de energía electromecánica y adquisición de información.
  3. Los convertidores electromecatrónicos y los sistemas electromecatrónicos se pueden utilizar en módulos y sistemas mecatrónicos como componentes [21] . Los accionamientos eléctricos creados sobre la base de convertidores electromecanotrónicos se utilizan en mecatrónica con más frecuencia que otros accionamientos (accionamientos neumáticos o hidráulicos).
  4. Los módulos y sistemas mecatrónicos incluyen cuerpos de trabajo (actuadores), los convertidores electromecatrónicos no contienen cuerpos de trabajo.
  5. La mecatrónica asume, como característica principal, el uso del control por computadora [23] . En los convertidores electromecanotrónicos, todos los dispositivos electrónicos conocidos se utilizan como componentes electrónicos, pero, por regla general, no se utilizan ordenadores.
  6. Es recomendable formar especialistas en electromecanotrónica en el marco de especialidades bien conocidas: electromecánica, aparatos eléctricos de medida, aparatos eléctricos [9] . La formación de los especialistas en mecatrónica [24]debe organizarse teniendo en cuenta la rama de la tecnología para la que están formados: robótica, construcción de máquinas herramienta, aeronáutica, cohetería, construcción naval, etc.
Criterio de comparación electromecanotronica mecatrónica
Funcionalidad del convertidor/módulo Control electromecánico de conversión de energía para optimizar el convertidor para precisión, eficiencia y confiabilidad Implementación de una ley de movimiento dada del actuador con una precisión dada
La estructura del convertidor/módulo en términos de encendido del actuador El convertidor electromecanotrónico no contiene actuador El actuador está incluido en la estructura del módulo mecatrónico.
Subordinación mutua del convertidor electromecatrónico y del módulo mecatrónico Un convertidor electromecatrónico no puede contener un módulo mecatrónico El módulo mecatrónico se puede construir utilizando un convertidor electromecatrónico. Pero hay módulos construidos sobre la base de otros tipos de convertidores (accionamientos neumáticos e hidráulicos)
Uso de control por computadora. No Sí
Especialidades o direcciones de formación de especialistas Electromecánica, Equipos de medición eléctrica, dispositivos eléctricos. Robótica, máquinas herramienta, etc.

Electromecanotronica hoy

Universidades de Rusia y países vecinos , líderes en formación en electromecanotrónica Centros de electromecanotrónica

Véase también

Literatura

Libros Artículos

Enlaces

Notas

  1. ↑ Enciclopedia electrotécnica en 4 volúmenes / Cap. edición A. F. Dyakov. - Editorial MPEI, 2010. - T. 4. - S. 178. - 261 p.
  2. ↑ 1 2 Pero D.A. Fundamentos de electromecánica: libro de texto. tolerancia. - M. : MAI, 1996. - S. 4. - 486 p. — ISBN 5-7035-0587-9 .
  3. ↑ 1 2 Historia de la ingeniería eléctrica / Ed. I. A. Glebova. - Editorial MPEI, 1999. - S. 229. - 524 p. - ISBN 5-7046-0421-8 .
  4. ↑ Pero D.A. Máquinas eléctricas sin contacto: libro de texto. subsidio.. - M. : Escuela Superior, 1990. - 416 p. — ISBN 5-06-000719-7 .
  5. ↑ Domrachev V.G., Smirnov Yu.S. Sistemas de posicionamiento digital-analógico (convertidores electromecanotrónicos). — M .: Energoatomizdat, 1990. — 240 p. — ISBN 5-283-01528-9 .
  6. ↑ 1 2 3 Voldek A. I., Popov V. V. Coches eléctricos. Introducción a la electromecánica. Máquinas y transformadores de CC: libro de texto para universidades. - San Petersburgo. : "Pedro", 2008. - S. 10, 82. - 320 p. - ISBN 978-5-496-01380-8 .
  7. ↑ Nesterin V. A. El libro de Arakelyan A. K., Afanasyev A. A. "Máquinas eléctricas de válvulas en sistemas de control de accionamientos eléctricos" // Electricidad. - 2009. - Nº 5 . - art. 66 .
  8. ↑ AK Arakelyan, AA Afanasiev. Máquinas eléctricas de válvulas en sistemas de accionamientos eléctricos controlados. - Libro de texto. asignación para universidades: En 2 vols.- M. : Vyssh. escuela, 2006. - ISBN 5-7677-0998-X .
  9. ↑ 1 2 3 Koskin Yu.P., Samokhvalov D.V. Sobre la terminología y formación de especialistas en electromecanotrónica.  // Izvestiya SPbGETU "LETI". - 2013. - Nº 1 . - S. 57-65 . — ISSN 2071-8985 .
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  14. ↑ Resúmenes de la I Conferencia científica y técnica de toda la Unión sobre electromecanotrónica. Leningrado, 21-23 de octubre de 1987. L.: BAN SSSR, 1987
  15. ↑ Seminario científico y técnico de toda la Unión sobre electromecanotrónica. Resúmenes de informes. - L. : BAN SSSR, 1989. - 205 p.
  16. ↑ Segunda conferencia científica y técnica de toda la Unión sobre electromecanotrónica. - LDNTP, 1991. - T. 1. - 116 p.
  17. ↑ Segunda conferencia científica y técnica de toda la Unión sobre electromecanotrónica. - LDNTP, 1991. - T. 2. - 137 p.
  18. ↑ I Conferencia Internacional (III de toda Rusia) sobre Electromecanotrónica. Actas de la conferencia .. - San Petersburgo. : GETU, 1997. - 335 p.
  19. ↑ Departamento de Ingeniería Eléctrica y Sistemas Electromecánicos de Precisión. Noticias. (enlace no disponible) . Consultado el 18 de junio de 2013. Archivado desde el original el 14 de junio de 2013. 
  20. ↑ Norma Educativa Estatal Federal de Educación Profesional Superior en la dirección de formación 221000 Mecatrónica y Robótica. - M. , 2009. - 29 p.
  21. ↑ 12 D. P. Geraskin . LA TECNOLOGÍA MECATRÓNICA EN LAS TAREAS DE AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS TECNOLÓGICOS DE PRODUCCIÓN: manual para estudiantes de la especialidad 220301 "Automatización de procesos tecnológicos y de producción" (enlace inaccesible) . Syktyvkar: SLI (2011). Consultado el 11 de mayo de 2013. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016.  
  22. ↑ Grupo SKF. Rodamientos/Mecatrónica . Consultado el 11 de mayo de 2013. Archivado desde el original el 17 de mayo de 2013.
  23. ↑ Ishii T., Shimoyama I., Inoue, Hirose M. y otros Mechatronics. / Traducción del japonés Maslennikov S.L., editado por V.V. Vasilkov.- Mir, 1988. - 318 p.
  24. ↑ Vladímir V. Vantsevich. Educación en mecatrónica // Editores: David Bradley, David W. Russell Mecatrónica en acción Estudios de casos en mecatrónica: aplicaciones y educación. - Springer-Verlag London Limited, 2010. - Pág. 200 . - ISBN 978-1-84996-079-3 .
  25. ↑ Electromecanotrónica [Texto]: método de estudio. complejo para especial 220301-Automatización de procesos tecnológicos y producción (por industria): especializaciones - Automatización de procesos tecnológicos de centrales térmicas / AmGU, En.f. ; borrador A. N. Rybalev. - Blagoveshchensk: Editorial Amur. estado un-ta, 2007. - 144 p.
  26. ↑ Glazunov V. F., Repin A. A. "Síntesis y modelado matemático de un accionamiento eléctrico síncrono con un sistema de control sinérgico digital" // Ingeniería eléctrica, 2009. No. 2. p. 7 - 13.
  27. ↑ Motores de válvulas | Departamento de EMTEP | Facultad de Ingeniería Eléctrica | Universidad Estatal de Chuvash EN. Ulyanov (enlace inaccesible) . Consultado el 30 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 18 de marzo de 2013. 
  28. ↑ Instituto de Energía | Departamentos (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 30 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. 
  29. ↑ Unidad eléctrica del Departamento de Automatización (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 30 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016.