Енергоефективність. Група 12. число 16.03.21. група 11. число 17.03.Тема. Енергозберігаючі системи регульованого електропривода зміного струму

Енергія, і зокрема електрична, є одним з найважливіших продуктів у індустріальному суспільстві. Дослідження показали, що середній прибуток, тривалість життя та інші важливі фактори рівня життя пов’язані зі споживанням електроенергії на душу населення в окремому регіоні чи в країні в цілому. Як і всі природні ресурси, енергетичні ресурси можуть виснажитися, тому важливо заощаджувати якомога більшу кількість енергії.

Можливий ефект енергозбереження – економія 200 млрд. тонн умовного палива в 1986-2020 р., тобто такої його кількості, що було видобуто з надр за всю попередню історію людства. Прогнозується, що за рахунок енергозбереження буде задовольнятися дві третини приросту світових потреб енергії.

Енергозбереження як діяльність (організаційна, наукова, практична, інформаційна), спрямована на раціональне використання енергії і природних енергетичних ресурсів, – державна проблема, яка постала на порядок денний слідом за найважливішою політичною подією в житті України – здобуттям незалежності.

Входження у світову економіку неминуче припускає створення продукції, конкурентно спроможної на світових ринках (по якості і вартості). Але створена промислова база була орієнтована на низьку вартість енергетичної складової, котра дотувалася державою. Енергозатратні технології, значна частина застарілого, технічно зношеного устаткування призвели до критичних рівнів витратного й нераціонального використання паливно-енергетичних ресурсів, що викликало енергетичну кризу в нашій країні.

Україна видобуває 5% світового обсягу мінеральних ресурсів, але лише 12% з них надходить у виробництво, інше не використовується (у країнах Західної Європи у виробництво надходить 60%). Потреба в паливно-енергетичних ресурсах за рахунок власного їх видобутку задовольняється менше, ніж наполовину, при цьому енергоємність валового внутрішнього продукту в Україні в кілька разів вища, ніж у розвинутих країнах. Комплексне розв’язання проблеми енергозбереження - найбільш прийнятний для України шлях подолання енергетичної кризи.

Провідні країни світу створили справжню індустрію енергозбереження, що дозволяє одержати величезний приріст продукції практично без істотного збільшення енерговитрат. Слід відмітити, що в розв’язання проблем, пов’язаних з енергетичною кризою 1973 р. у розвинутих країнах світу, вирішальний внесок зробили не нарощування видобутку паливно-енергетичних ресурсів, а конкретні заходи енергозбереження.

Так, відомо, що вироблення і використання електроенергії є важливим критерієм оцінки прогресу. Ще 40 років тому людство споживало майже половину тієї енергії, що споживає сьогодні. У ХХ столітті людство витратило більше ресурсів, ніж за весь період свого існування. На початку ХХІ століття виробництво електроенергії перевищило 15000 Твтг, що розподіляються таким чином :

• 9000 Твтг - країни з розвиненою ринковою економікою (800 млн. чол.);

• 1700 Твтг - країни СНД, Центральної і Східної Європи (400 млн. чол.);

• 1300 Твтг - Китай (1,3 млрд. чол.); • 3000 Твтг - країни з ринковою економікою, що розвивається, (3,5 млрд. чол.).

Індустріалізовані країни мають більшу частку ( 10700 Твтг), у той час, як країни, що розвиваються, володіють малою часткою (4300 Твтг). З погляду попиту на електроенергію (1,6 млрд чол. у країнах, що розвиваються, не мають доступу до електроенергії - 0 квтг у рік на душу населення) виходить, що 20% населення з низьким рівнем доходів споживають 5% загальної кількості електроенергії, а 20% з високим рівнем доходів - 50%.

За даними Світової енергетичної Ради, у 2000 році кількість електроенергії, споживана однією людиною протягом року, склала: у Канаді - 15500 кВтг, у США – 12700 кВтг, у індустріалізованих країнах Північної Європи – 9000 кВтг, у Японії – 8000 кВтг, у Росії – 6000 кВтг, в Україні 3400 кВтг, у Латинській Америці 100-200 кВтг. У середньому по країнах, що розвиваються, 900 кВтг за рік на душу населення. Сьогодні 1.2 млрд. чол. (20% світового населення) в індустріалізованій частині планети споживають 60% загальної кількості енергії, у той час, як 4.8 млрд чол. (80% світового населення) у країнах, що розвиваються, споживають 40% загальної кількості енергії.

 

За таким узагальненням прихована набагато серйозніша ситуація. 2 млрд. найбіднішого населення із середнім доходом менше 1000 доларів споживають всього 0,2 toe (тонни нафтового еквівалента) на душу населення, в основному у вигляді традиційної біомаси, у той час, як індустріалізовані країни використовують у середньому 5 toe сучасної енергії на душу населення, в Україні - 2,7 toe на душу населення (3,86 тонни умовного палива).

Альтернативи політиці енергозбереження в Україні немає, якщо вона не хоче бути сировинним придатком провідних країн світу. Енергозбереження повинно перетворитися в підгалузь промислової енергетики, додаткове джерело енергії. У цих умовах реалізація політики енергозбереження стає стратегічною лінією розвитку економіки і соціальної сфери.

Збереження електричної енергії є важливою частиною загальної тенденції по захисту навколишнього середовища. Серед споживачів електричної енергії значну частку складають електродвигуни різного призначення, що споживають більше половини виробленої енергії. Саме тут закладені найбільші резерви енергозбереження.

Більшість електродвигунів працюють у нерегульованому режимі, а отже - з низькою ефективністю. Через недоліки проектування й експлуатації електропривода коефіцієнт завантаження багатьох машин не перевищує 50%, що вимагає зниження встановленої потужності двигунів. Робота привода в недовантаженому режимі призводить до величезних втрат, не враховуючи зниженого значення коефіцієнта потужності, оскільки загальна встановлена потужність асинхронних двигунів у країні складає близько 40...50 млн. кВт. Сумарна ж установлена потужність двигунів у СНД приблизно дорівнює 550 млн. кВт.

Зростаюча складність одержання енергії, подальший розвиток енергоємних технологій, необхідність безаварійної роботи машин і механізмів вимагає використання регульованого електропривода. Перехід до регульованого електропривода змінного струму окремих механізмів дозволить заощадити до 50 % енергоресурсів.

Недавній прогрес у напівпровідниковій індустрії, особливо в силовій електроніці і мікроконтролерах, зробив приводи з регулюванням частоти обертання більш практичними і значно дешевшими. Сьогодні регульовані приводи вимагаються не лише у промисловому виробництві, як наприклад, обробні машини чи підйомні крани, але усе більше в побутовій техніці, наприклад, у пральних машинах, компресорах, невеликих насосах, кондиціонерах повітря і т.ін.

На даному етапі розвитку промисловості в Україні особливого значення набувають питання розробки та широкого впровадження методів і способів керування енергоефективністю (енергозбереженням) засобами промислового електропривода, оскільки з однієї сторони гостро постала проблема економії електроенергії, а з іншого боку, - з’явилася реальна можливість її ефективного використання стосовно головного її споживача - електроприводу.

 

Електропривод – це електромеханічний пристрій, що здійснює кероване перетворення електричної енергії в механічну, а також зворотне перетворення і призначений для надавання руху робочим машинам та механізмам. Електропривод є тою ланкою, що зв’язує енергосистему з технологічними установками. У деякій мірі електропривод виконує роль регулятора цих зв’язків. Сучасний автоматизований електропривод є складною функціонально – взаємозалежною по елементах системою, яка являє собою конструктивну єдність електромеханічного перетворювача енергії (двигуна) і електричного перетворювача, що утворюють енергетичний (силовий) канал, а також пристроїв керування перетвореною енергією й інформаційно-вимірювальних, що складають керуючий канал. Електропривод забезпечує перетворення електричної енергії в механічну відповідно до алгоритму роботи технологічної установки. Відмінною рисою сучасного регульованого привода змінного струму є наявність таких основних елементів.

· простого і надійного асинхронного чи синхронного двигуна, мінімізованого за масогабаритними, вартісними і енергетичними показниками;

 · перетворювача частоти з ланкою постійного струму з інвертором на повністю керованих приладах і некерованим випрямлячем;

· датчиків енергетичних, механічних і технологічних параметрів регулювання, що забезпечують необхідну точність стабілізації координат у замкнутій системі; · мікропроцесорної системи керування з функціями безпосереднього регулювання вихідних координат, формування законів широтно-імпульсного керування (ШІМ), діагностики, прогнозування, взаємодії з іншими локальними приводами.

Задача об’єднання в єдину систему різних по природі функціонально- закінчених елементів електропривода покладається на багаторівневі сполучні пристрої. Це сукупність конструктивних, схемотехнічних і програмних засобів, що забезпечують безпосередню оптимальну взаємодію складених елементів привода з метою максимальної реалізації можливостей кожного з цих елементів. Сполучний пристрій першого рівня характеризується механіко- енергетичною взаємодією двигуна і робочого механізму і являє собою механічну, гідравлічну чи електромагнітну передачу енергії від електричної машини на виконавчий механізм. Його функції зводяться до узгодження руху двигуна і виконавчого органа механізму при максимальному ККД передачі й усталеній роботі у всіх режимах. Останнє забезпечується узгодженням механічних характеристик двигуна і механізму.  Швидкодія механічної частини привода характеризується електромеханічною сталою часу , що має порядок від десятих часток секунди до кількох секунд.

 Другий і третій рівні – електроенергетичні. Для одержання двигуном електроенергії з необхідними параметрами амплітуди і частоти напруги в кожній фазі, а також для керування і регулювання параметрів потоку енергії служить статичний перетворювач. Оскільки двигун – безперервний нелінійний елемент, а перетворювач – нелінійний дискретний елемент, то виникає необхідність в узгодженні їх роботи. Для одержання максимального ККД і найменшого коефіцієнта спотворення необхідно живити двигун квазісинусоїдальними струмом і напругою. На цих рівнях розв’язується завдання поліпшення енергетичних і динамічних характеристик привода. Швидкодія електроенергетичних рівнів характеризується електромагнітними сталими часу Те , що мають порядок сотих і десятих часток секунди. Четвертий рівень – інтерфейси локального керування і регулювання параметрів енергетичного каналу привода. Від організації даного інтерфейсу залежать функціональні і сервісні можливості привода, точність і швидкодія. Інтерфейс реалізований у вигляді портів, таймерів, цифроаналогових перетворювачів і підсилювачів формування сигналів керування силовими транзисторами або тиристорами. П’ятий рівень – пристрої інформаційно-вимірювальної системи привода. Вимірюваними є фізичні величини:

· електричні (струм, напруга, ЕРС і т.п.)

· механічні (момент, швидкість, переміщення і т.п.)

· технологічні (тиск, температура, і т.п.)

Пристрої п’ятого рівня здійснюють перетворення сигналів з первинних датчиків, гальванічну розв’язку, підсилення, інтегрування й аналого–цифрове чи імпульсно–цифрове перетворення сигналів для подання їх у форматі мікроконтролерної системи керування. Швидкодія даного рівня визначає точність і швидкодію четвертого рівня і забезпечується вибором принципів перетворення сигналів, характером обміну в цифровій системі і конкретній апаратній реалізації. Мікроконтролерна САУ містить енергетичну модель електромеханічного пристрою, що враховує чотири складових: мережі, перетворювальний пристрій, двигун і технологічний механізм у площинах споживання енергії, її використання і енергоуправління. Шостий рівень – інтерфейс міжприводного обміну, реалізує координацію роботи локальних електроприводів між собою і зв’язок з центральною ЕОМ вищого рівня ієрархії. Обмін, як правило, здійснюється в цифровому коді з високою швидкодією при наявності великої оперативної пам’яті для статистичної обробки інформації, з контролем поточного стану кожного привода і можливістю інтерактивного режиму зв’язку з оператором. Останні роки ознаменувалися значними успіхами силової електроніки – було освоєно промислове виробництво біполярних транзисторів з ізольованим затвором IGBT, тиристорів що запираються GTO, тиристорів, що комутуються з інтегрованим керуванням IGCT, а також силових інтелектуальних модулів IPM з вбудованими засобами захисту ключів та інтерфейсами для безпосереднього підключення до мікропроцесорних систем керування. Зростання ступеня інтеграції в мікропроцесорній техніці і перехід від мікропроцесорів до мікроконтролерів з вбудованим набором спеціалізованих периферійних пристроїв зробили необоротною тенденцію масової заміни аналогових систем керування приводами на системи прямого цифрового керування. Під прямим цифровим керуванням розуміється не тільки безпосереднє керування від мікроконтролера кожним ключем силового перетворювача, але і забезпечення можливості прямого введення в мікроконтролер сигналів різних зворотних зв’язків (незалежно від типу сигналу: аналоговий чи цифровий) з подальшою програмно–апаратною обробкою всередині мікроконтролера. Таким чином, система прямого цифрового керування орієнтована на відмову від значного числа додаткових інтерфейсних пристроїв і створення одноплатних контролерів керування приводами. В решті решт вбудована система керування проектується як однокристальна і разом із силовим перетворювачем та виконавчим двигуном конструктивно інтегрується в одне ціле – мехатронний модуль руху. Електроприводи, керовані по розвинутих алгоритмах за допомогою мікроконтролерів, мають ряд переваг:

· збільшення енергетичної ефективності системи – регулювання швидкості знижує втрати потужності;

· удосконалення функціонування – цифрове керування може додати такі властивості, як інтелектуальні замкнуті контури, зміна частотних властивостей, діапазону контрольованих несправностей і здатність до взаємодії з іншими системами;

· спрощення електромеханічного перетворювача енергії – регульовані приводи дозволяють усунути необхідність у трансмісіях, коробках передач, редукторах;

 · простота відновлення програмного забезпечення – системи на базі мікроконтролерів із флеш – пам’яттю можуть швидко змінювати при необхідності свій алгоритм і регульовані змінні.

З виконанням приводів регульованими складність системи часто збільшується. Основною умовою їх використання є збереження загальної вартості системи в обґрунтованих границях. Для ряду систем, особливо в побуті, загальна вартість повинна бути еквівалентна вартості нерегульованого варіанту. Енергозбереження в електроприводі є частиною загального процесу ефективного використання електроенергії і визначається трьома процесами:

· енергоспоживанням;

· енерговикористанням споживаної енергії;

· енергоуправлінням процесу енергоспоживання.

 Енергоспоживання – процес формування складових потужності на вході перетворювача при роботі електропривода. Цей процес характеризується залежностями активної, реактивної і потужності перетворення від швидкості і моменту двигуна. У питаннях енергоспоживання необхідне чітке уявлення про характер перетворення енергії, складові потужності, про показники якості електроенергії (ПЯЕ), їх вплив на характеристики електромеханічних перетворювачів. Енерговикористання – використання потужності споживаної з мережі. Цей показник характеризує якісну сторону процесу енергоспоживання. Він показує, наскільки ефективне використання споживаної електроенергії, яка частина її належить до втрат, а яка – до корисної потужності, що йде на вал робочої машини. Як розподіляються втрати, що визначають робочий режим електродвигуна, його температуру і надійність. У питаннях енерговикористання найважливішим є баланс складових потужності, що дозволяє виявити механізми старіння електроустаткування на додачу до відомих і пов’язаних в основному з термічним характером впливу енергопроцесів на робочі й експлуатаційні характеристики. Енергоуправління – процес формування режимів енергоспоживання за допомогою технічних пристроїв і систем, що впливають на кола керування електроприводом та перетворювальними пристроями, що живлять ці кола. До енергоуправління варто віднести керування перерозподілом втрат в електричних двигунах, оптимізацію втрат, мінімізацію нагрівання активних частин електричної машини, зниження рівнів споживаної реактивної потужності і генерування гармонік струму. При цьому варто мати на увазі те, що зазначені вище позитивні властивості система електропривода здобуває не за рахунок використання деяких інших технічних засобів, а за рахунок використання регулювальних можливостей системи електропривода. Такий енергетичний підхід, що базується на спільності процесів енергоспоживання, енерговикористання і енергоуправління, зв’язує в єдиний електромеханічний комплекс елементи, що розглядалися раніше без взаємозв’язку: енергосистема, споживач (електропривод) і технологічна установка. Кожний з компонентів має свої регулювальні можливості в галузі керування енергоспоживанням, перерозподілом втрат і т. ін.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Енергія, і зокрема електрична, є одним з найважливіших продуктів у індустріальному суспільстві. Дослідження показали, що середній прибуток, тривалість життя та інші важливі фактори рівня життя пов’язані зі споживанням електроенергії на душу населення в окремому регіоні чи в країні в цілому. Як і всі природні ресурси, енергетичні ресурси можуть виснажитися, тому важливо заощаджувати якомога більшу кількість енергії.

Можливий ефект енергозбереження – економія 200 млрд. тонн умовного палива в 1986-2020 р., тобто такої його кількості, що було видобуто з надр за всю попередню історію людства. Прогнозується, що за рахунок енергозбереження буде задовольнятися дві третини приросту світових потреб енергії.

Енергозбереження як діяльність (організаційна, наукова, практична, інформаційна), спрямована на раціональне використання енергії і природних енергетичних ресурсів, – державна проблема, яка постала на порядок денний слідом за найважливішою політичною подією в житті України – здобуттям незалежності.

Входження у світову економіку неминуче припускає створення продукції, конкурентно спроможної на світових ринках (по якості і вартості). Але створена промислова база була орієнтована на низьку вартість енергетичної складової, котра дотувалася державою. Енергозатратні технології, значна частина застарілого, технічно зношеного устаткування призвели до критичних рівнів витратного й нераціонального використання паливно-енергетичних ресурсів, що викликало енергетичну кризу в нашій країні.

Україна видобуває 5% світового обсягу мінеральних ресурсів, але лише 12% з них надходить у виробництво, інше не використовується (у країнах Західної Європи у виробництво надходить 60%). Потреба в паливно-енергетичних ресурсах за рахунок власного їх видобутку задовольняється менше, ніж наполовину, при цьому енергоємність валового внутрішнього продукту в Україні в кілька разів вища, ніж у розвинутих країнах. Комплексне розв’язання проблеми енергозбереження - найбільш прийнятний для України шлях подолання енергетичної кризи.

Провідні країни світу створили справжню індустрію енергозбереження, що дозволяє одержати величезний приріст продукції практично без істотного збільшення енерговитрат. Слід відмітити, що в розв’язання проблем, пов’язаних з енергетичною кризою 1973 р. у розвинутих країнах світу, вирішальний внесок зробили не нарощування видобутку паливно-енергетичних ресурсів, а конкретні заходи енергозбереження.

Так, відомо, що вироблення і використання електроенергії є важливим критерієм оцінки прогресу. Ще 40 років тому людство споживало майже половину тієї енергії, що споживає сьогодні. У ХХ столітті людство витратило більше ресурсів, ніж за весь період свого існування. На початку ХХІ століття виробництво електроенергії перевищило 15000 Твтг, що розподіляються таким чином :

• 9000 Твтг - країни з розвиненою ринковою економікою (800 млн. чол.);

• 1700 Твтг - країни СНД, Центральної і Східної Європи (400 млн. чол.);

• 1300 Твтг - Китай (1,3 млрд. чол.); • 3000 Твтг - країни з ринковою економікою, що розвивається, (3,5 млрд. чол.).

Індустріалізовані країни мають більшу частку ( 10700 Твтг), у той час, як країни, що розвиваються, володіють малою часткою (4300 Твтг). З погляду попиту на електроенергію (1,6 млрд чол. у країнах, що розвиваються, не мають доступу до електроенергії - 0 квтг у рік на душу населення) виходить, що 20% населення з низьким рівнем доходів споживають 5% загальної кількості електроенергії, а 20% з високим рівнем доходів - 50%.

За даними Світової енергетичної Ради, у 2000 році кількість електроенергії, споживана однією людиною протягом року, склала: у Канаді - 15500 кВтг, у США – 12700 кВтг, у індустріалізованих країнах Північної Європи – 9000 кВтг, у Японії – 8000 кВтг, у Росії – 6000 кВтг, в Україні 3400 кВтг, у Латинській Америці 100-200 кВтг. У середньому по країнах, що розвиваються, 900 кВтг за рік на душу населення. Сьогодні 1.2 млрд. чол. (20% світового населення) в індустріалізованій частині планети споживають 60% загальної кількості енергії, у той час, як 4.8 млрд чол. (80% світового населення) у країнах, що розвиваються, споживають 40% загальної кількості енергії.

 

За таким узагальненням прихована набагато серйозніша ситуація. 2 млрд. найбіднішого населення із середнім доходом менше 1000 доларів споживають всього 0,2 toe (тонни нафтового еквівалента) на душу населення, в основному у вигляді традиційної біомаси, у той час, як індустріалізовані країни використовують у середньому 5 toe сучасної енергії на душу населення, в Україні - 2,7 toe на душу населення (3,86 тонни умовного палива).

Альтернативи політиці енергозбереження в Україні немає, якщо вона не хоче бути сировинним придатком провідних країн світу. Енергозбереження повинно перетворитися в підгалузь промислової енергетики, додаткове джерело енергії. У цих умовах реалізація політики енергозбереження стає стратегічною лінією розвитку економіки і соціальної сфери.

Збереження електричної енергії є важливою частиною загальної тенденції по захисту навколишнього середовища. Серед споживачів електричної енергії значну частку складають електродвигуни різного призначення, що споживають більше половини виробленої енергії. Саме тут закладені найбільші резерви енергозбереження.

Більшість електродвигунів працюють у нерегульованому режимі, а отже - з низькою ефективністю. Через недоліки проектування й експлуатації електропривода коефіцієнт завантаження багатьох машин не перевищує 50%, що вимагає зниження встановленої потужності двигунів. Робота привода в недовантаженому режимі призводить до величезних втрат, не враховуючи зниженого значення коефіцієнта потужності, оскільки загальна встановлена потужність асинхронних двигунів у країні складає близько 40...50 млн. кВт. Сумарна ж установлена потужність двигунів у СНД приблизно дорівнює 550 млн. кВт.

Зростаюча складність одержання енергії, подальший розвиток енергоємних технологій, необхідність безаварійної роботи машин і механізмів вимагає використання регульованого електропривода. Перехід до регульованого електропривода змінного струму окремих механізмів дозволить заощадити до 50 % енергоресурсів.

Недавній прогрес у напівпровідниковій індустрії, особливо в силовій електроніці і мікроконтролерах, зробив приводи з регулюванням частоти обертання більш практичними і значно дешевшими. Сьогодні регульовані приводи вимагаються не лише у промисловому виробництві, як наприклад, обробні машини чи підйомні крани, але усе більше в побутовій техніці, наприклад, у пральних машинах, компресорах, невеликих насосах, кондиціонерах повітря і т.ін.

На даному етапі розвитку промисловості в Україні особливого значення набувають питання розробки та широкого впровадження методів і способів керування енергоефективністю (енергозбереженням) засобами промислового електропривода, оскільки з однієї сторони гостро постала проблема економії електроенергії, а з іншого боку, - з’явилася реальна можливість її ефективного використання стосовно головного її споживача - електроприводу.

 

Електропривод – це електромеханічний пристрій, що здійснює кероване перетворення електричної енергії в механічну, а також зворотне перетворення і призначений для надавання руху робочим машинам та механізмам. Електропривод є тою ланкою, що зв’язує енергосистему з технологічними установками. У деякій мірі електропривод виконує роль регулятора цих зв’язків. Сучасний автоматизований електропривод є складною функціонально – взаємозалежною по елементах системою, яка являє собою конструктивну єдність електромеханічного перетворювача енергії (двигуна) і електричного перетворювача, що утворюють енергетичний (силовий) канал, а також пристроїв керування перетвореною енергією й інформаційно-вимірювальних, що складають керуючий канал. Електропривод забезпечує перетворення електричної енергії в механічну відповідно до алгоритму роботи технологічної установки. Відмінною рисою сучасного регульованого привода змінного струму є наявність таких основних елементів.

· простого і надійного асинхронного чи синхронного двигуна, мінімізованого за масогабаритними, вартісними і енергетичними показниками;

 · перетворювача частоти з ланкою постійного струму з інвертором на повністю керованих приладах і некерованим випрямлячем;

· датчиків енергетичних, механічних і технологічних параметрів регулювання, що забезпечують необхідну точність стабілізації координат у замкнутій системі; · мікропроцесорної системи керування з функціями безпосереднього регулювання вихідних координат, формування законів широтно-імпульсного керування (ШІМ), діагностики, прогнозування, взаємодії з іншими локальними приводами.

Задача об’єднання в єдину систему різних по природі функціонально- закінчених елементів електропривода покладається на багаторівневі сполучні пристрої. Це сукупність конструктивних, схемотехнічних і програмних засобів, що забезпечують безпосередню оптимальну взаємодію складених елементів привода з метою максимальної реалізації можливостей кожного з цих елементів. Сполучний пристрій першого рівня характеризується механіко- енергетичною взаємодією двигуна і робочого механізму і являє собою механічну, гідравлічну чи електромагнітну передачу енергії від електричної машини на виконавчий механізм. Його функції зводяться до узгодження руху двигуна і виконавчого органа механізму при максимальному ККД передачі й усталеній роботі у всіх режимах. Останнє забезпечується узгодженням механічних характеристик двигуна і механізму.  Швидкодія механічної частини привода характеризується електромеханічною сталою часу , що має порядок від десятих часток секунди до кількох секунд.

 Другий і третій рівні – електроенергетичні. Для одержання двигуном електроенергії з необхідними параметрами амплітуди і частоти напруги в кожній фазі, а також для керування і регулювання параметрів потоку енергії служить статичний перетворювач. Оскільки двигун – безперервний нелінійний елемент, а перетворювач – нелінійний дискретний елемент, то виникає необхідність в узгодженні їх роботи. Для одержання максимального ККД і найменшого коефіцієнта спотворення необхідно живити двигун квазісинусоїдальними струмом і напругою. На цих рівнях розв’язується завдання поліпшення енергетичних і динамічних характеристик привода. Швидкодія електроенергетичних рівнів характеризується електромагнітними сталими часу Те , що мають порядок сотих і десятих часток секунди. Четвертий рівень – інтерфейси локального керування і регулювання параметрів енергетичного каналу привода. Від організації даного інтерфейсу залежать функціональні і сервісні можливості привода, точність і швидкодія. Інтерфейс реалізований у вигляді портів, таймерів, цифроаналогових перетворювачів і підсилювачів формування сигналів керування силовими транзисторами або тиристорами. П’ятий рівень – пристрої інформаційно-вимірювальної системи привода. Вимірюваними є фізичні величини:

· електричні (струм, напруга, ЕРС і т.п.)

· механічні (момент, швидкість, переміщення і т.п.)

· технологічні (тиск, температура, і т.п.)

Пристрої п’ятого рівня здійснюють перетворення сигналів з первинних датчиків, гальванічну розв’язку, підсилення, інтегрування й аналого–цифрове чи імпульсно–цифрове перетворення сигналів для подання їх у форматі мікроконтролерної системи керування. Швидкодія даного рівня визначає точність і швидкодію четвертого рівня і забезпечується вибором принципів перетворення сигналів, характером обміну в цифровій системі і конкретній апаратній реалізації. Мікроконтролерна САУ містить енергетичну модель електромеханічного пристрою, що враховує чотири складових: мережі, перетворювальний пристрій, двигун і технологічний механізм у площинах споживання енергії, її використання і енергоуправління. Шостий рівень – інтерфейс міжприводного обміну, реалізує координацію роботи локальних електроприводів між собою і зв’язок з центральною ЕОМ вищого рівня ієрархії. Обмін, як правило, здійснюється в цифровому коді з високою швидкодією при наявності великої оперативної пам’яті для статистичної обробки інформації, з контролем поточного стану кожного привода і можливістю інтерактивного режиму зв’язку з оператором. Останні роки ознаменувалися значними успіхами силової електроніки – було освоєно промислове виробництво біполярних транзисторів з ізольованим затвором IGBT, тиристорів що запираються GTO, тиристорів, що комутуються з інтегрованим керуванням IGCT, а також силових інтелектуальних модулів IPM з вбудованими засобами захисту ключів та інтерфейсами для безпосереднього підключення до мікропроцесорних систем керування. Зростання ступеня інтеграції в мікропроцесорній техніці і перехід від мікропроцесорів до мікроконтролерів з вбудованим набором спеціалізованих периферійних пристроїв зробили необоротною тенденцію масової заміни аналогових систем керування приводами на системи прямого цифрового керування. Під прямим цифровим керуванням розуміється не тільки безпосереднє керування від мікроконтролера кожним ключем силового перетворювача, але і забезпечення можливості прямого введення в мікроконтролер сигналів різних зворотних зв’язків (незалежно від типу сигналу: аналоговий чи цифровий) з подальшою програмно–апаратною обробкою всередині мікроконтролера. Таким чином, система прямого цифрового керування орієнтована на відмову від значного числа додаткових інтерфейсних пристроїв і створення одноплатних контролерів керування приводами. В решті решт вбудована система керування проектується як однокристальна і разом із силовим перетворювачем та виконавчим двигуном конструктивно інтегрується в одне ціле – мехатронний модуль руху. Електроприводи, керовані по розвинутих алгоритмах за допомогою мікроконтролерів, мають ряд переваг:

· збільшення енергетичної ефективності системи – регулювання швидкості знижує втрати потужності;

· удосконалення функціонування – цифрове керування може додати такі властивості, як інтелектуальні замкнуті контури, зміна частотних властивостей, діапазону контрольованих несправностей і здатність до взаємодії з іншими системами;

· спрощення електромеханічного перетворювача енергії – регульовані приводи дозволяють усунути необхідність у трансмісіях, коробках передач, редукторах;

 · простота відновлення програмного забезпечення – системи на базі мікроконтролерів із флеш – пам’яттю можуть швидко змінювати при необхідності свій алгоритм і регульовані змінні.

З виконанням приводів регульованими складність системи часто збільшується. Основною умовою їх використання є збереження загальної вартості системи в обґрунтованих границях. Для ряду систем, особливо в побуті, загальна вартість повинна бути еквівалентна вартості нерегульованого варіанту. Енергозбереження в електроприводі є частиною загального процесу ефективного використання електроенергії і визначається трьома процесами:

· енергоспоживанням;

· енерговикористанням споживаної енергії;

· енергоуправлінням процесу енергоспоживання.

 Енергоспоживання – процес формування складових потужності на вході перетворювача при роботі електропривода. Цей процес характеризується залежностями активної, реактивної і потужності перетворення від швидкості і моменту двигуна. У питаннях енергоспоживання необхідне чітке уявлення про характер перетворення енергії, складові потужності, про показники якості електроенергії (ПЯЕ), їх вплив на характеристики електромеханічних перетворювачів. Енерговикористання – використання потужності споживаної з мережі. Цей показник характеризує якісну сторону процесу енергоспоживання. Він показує, наскільки ефективне використання споживаної електроенергії, яка частина її належить до втрат, а яка – до корисної потужності, що йде на вал робочої машини. Як розподіляються втрати, що визначають робочий режим електродвигуна, його температуру і надійність. У питаннях енерговикористання найважливішим є баланс складових потужності, що дозволяє виявити механізми старіння електроустаткування на додачу до відомих і пов’язаних в основному з термічним характером впливу енергопроцесів на робочі й експлуатаційні характеристики. Енергоуправління – процес формування режимів енергоспоживання за допомогою технічних пристроїв і систем, що впливають на кола керування електроприводом та перетворювальними пристроями, що живлять ці кола. До енергоуправління варто віднести керування перерозподілом втрат в електричних двигунах, оптимізацію втрат, мінімізацію нагрівання активних частин електричної машини, зниження рівнів споживаної реактивної потужності і генерування гармонік струму. При цьому варто мати на увазі те, що зазначені вище позитивні властивості система електропривода здобуває не за рахунок використання деяких інших технічних засобів, а за рахунок використання регулювальних можливостей системи електропривода. Такий енергетичний підхід, що базується на спільності процесів енергоспоживання, енерговикористання і енергоуправління, зв’язує в єдиний електромеханічний комплекс елементи, що розглядалися раніше без взаємозв’язку: енергосистема, споживач (електропривод) і технологічна установка. Кожний з компонентів має свої регулювальні можливості в галузі керування енергоспоживанням, перерозподілом втрат і т. ін.