Исторический обзор развития электропривода

РАННИЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

История развития электрического привода, являющегося целенаправленным органичным сочетанием электрических машин, аппаратов, преобразователей и устройств управления, не­разрывно обусловлена образующими электро­привод компонентами. Вместе с тем электропри­вод, как система, осуществляющая управляемое электромеханическое преобразование энергии, имеет свою собственную историю.

Развитие промышленных предприятий стало возмож­ным лишь при переходе от ручного привода исполнительных механиз­мов к механическим приводам. Еще в глубокой древности применялись простейшие способы механизации работ с помощью водяных колес, приводимых в движение силой падающей или текущей воды, Известны водяные колеса, применявшиеся в Китае еще за 3000 лет до нашей эры.

С развитием капитализма в XVIII в. появились многочисленные фабрики, где широко применялись водяные двигатели, а затем и паровые машины. Вплоть до конца прошлого столетия единственным типом привода был чисто трансмиссионный, так как водяной двигатель или паровая машина соединялись с помощью канатов и ремней с главной трансмиссией, а все рабочие машины отдельного цеха или даже целой фабрики приводились в движение от этой трансмиссии.

Переход к более совершенным типам привода — индивидуальному и взаимосвязанному, которые полнее учитывают основные условия работы различных производственных механизмов, стал возможен лишь на базе широкой электрификации промышленности. Строи­тельство электрических станций, передача электрической энергии на большие расстояния и применение электропривода создали новую эпоху в развитии промышленности,

Возможность создания электрического двигателя была обуслов­лена успехами в области электромагнетизма. Вторая четверть XIX в, характеризуется разработкой разнообразных физических приборов, наглядно демонстрирующих превращение электрической энергии в ме­ханическую. Первый электродвигатель, с помощью которого осуще­ствлен электропривод, был построен в 1834—1838 гг. петербургским академиком Б. С. Якоби, в 1838 г. на Неве были проведены испыта­ния этого двигателя, установленного на небольшом катере, вмещав­шем 12—14 чел.; это было первое судно, приводившееся в движение электродвигателем. Однако отсутствие экономичных источников элек­трической энергии не позволило внедрить электропривод в промыш­ленность. Развитие электропривода совершалось в длительной борьбе со старыми, отживающими способами распределения механической энергии, и прошло более полувека, прежде чем окончательно победило передовое прогрессивное направление. До создания промышленного типа электрического генератора (З. Грамм, 1870 г.) встречались лишь отдельные случаи применения электропривода. Известно, например, что в 50—60-х годах XIX в. некоторое распространение получил электродвигатель французского электротехника Фромана, приво­дивший в движение типографские и ткацкие станки. Прогрессив­ную роль в развитии электропривода сыграло изобретение в I860 г. итальянским ученым А. Пачинотти электродвигателя с кольцевым якорем.

И все же до конца прошлого столетия пар и вода оставались основной силой, приводившей в движение станки и механизмы в промыш­ленности. Лишь в 70-е годы XIX в. были разработаны практически применимые двигатели постоянно­го тока, широко демонстрировавшиеся на вы­ставках в Вене (1873 г.). Париже (1881 г.), Мюнхене (1882 г.). Стали появляться сведения об их использовании в составе электропривода для практических целей, чему в значительной мере способствовало создание в 80-е годы ряда передач постоянного тока напряжением до 6000 В. Несмотря на успехи, достигнутые к 70-м годам XIX в. в об­ласти конструирования электродвигателей постоянного тока, элек­трическая энергия использовалась в основном лишь для освещения. Существовавшая тогда система постоянного тока не давала удовлетво­рительного решения задач передачи и распределения электроэнергии и тормозила развитие электропривода.

Появление переменного однофазного тока сыграло существенную роль в развитии электротехники вообще, однако попытки решения проблемы централизованного производства и распределения электро­энергии на переменном однофазном токе не привели к заметным сдви­гам в области электропривода вследствие того, что электродвигатели однофазного тока не имели пускового вращающего момента.

Открытие явления вращающегося магнитного поля в 80-х годах прошлого века (Г. Феррарис и Н. Тесла) положило начало конструи­рованию многофазных электродвигателей. Наиболее экономичной среди многофазных систем оказалась система трехфазного тока, основы которой были разработаны в 1889—1891 г. русским инженером М. О. Доливо-Добровольским. Система трехфазного тока явилась тем но­вым техническим средством, с помощью которого разрешался весь комплекс проблемы производства, передачи, распределения и потреб­ления электроэнергии. Разработкой трехфазной системы были созданы предпосылки для развития электрификации.

Создание М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. трехфазного асинхронного двигателя ознаменовало новый этап в развитии электро­привода и открыло широкую дорогу промышленному применению электричества.

Несомненные экономические преимущества централизованного производства электроэнергии и простота ее распределения привели к том, что электродвигатель, постепенно вытесняя другие виды дви­гателей, занял первое место во всех отраслях промышленности. Мощность электродвигателей по отношению к общей мощности установ­ленных двигателей составляла в 1890 г. 5 %, в 1927 г. 75 %, в настоя­щее время около 100 %.

Применение электродвигателей оказало революционизирующее влияние на устройство приводов и даже на конструкцию самих про­изводственных механизмов. Прежде всего это сказалось в отказе от трансмиссионного привода и пере­ходе к индивидуальному и взаимо­связанному электроприводам. Каж­дый, кто бывал на современных заводах, понимает, насколько раз­личны условия работы в цехе, за­громожденном большим числом приводных ремней, и в свободном светлом и чистом цехе, где нет шумящих и затемняющих свет трансмиссий.

Развитие электропривода всег­да шло в направлении сближения двигателя с производственным ме­ханизмом и вытеснения промежу­точных передач. Примером может

Рис. 34.1. Схема коробки скоростей токарного станка при различных типах приводных двигателей.

служить уменьшение числа пар переключаемых зубчатых колес в ко­робке скоростей токарного станка (рис. 34.1). Для получения 12 ско­ростей на шпинделе при нерегулируемом индивидуальном приводе требуется 9 пар зубчатых колес (рис. 34.1. а). Применение двухскоростного асинхронного двигателя дает возможность уменьшить число зубчатых колес до семи пар (рис. 34.1. б), а при регулируемом двигателе постоянного тока их число снижается до четырех пар (рис. 34.1. в).

Рис. 34.2. Схема развития электропривода радиально-сверлильного станка.

Рис. 34.3. Электропривод шлифовального круга (электрошпиндель).

На рис. 34.2 показана схема развития электропривода радиально-сверлильного станка, где постепенное сближение приводного двига­теля с производственным механизмом привело к значительному упро­щению отдельных кинематических цепей рабочей машины, приводимых различными двигателями (а, b, с, d).

Индивидуальные и взаимосвязанные электроприводы снабжаются иногда обычными серийными двигателями, но часто в них применяются специальные пристраиваемые фланцевые или встроенные двигатели, чем достигается органическое слияние элементов всего электрифицированного агрегата.

В индивидуальном электроприводе иногда достигается настолько тесное слияние двигателя с исполнительным механизмом, что конструктивно они представляют собой единое целое. На рис. 34.3 пока­зан электропривод шлифовального круга от асинхронного короткозамкнутого двигателя, так называемый электрошпиндель.

Рис. 34.4. Двигатель - ролик с наружным ротором.

Другим примером может служить двигатель-ролик (рис. 34.4), применяемый в металлургической промышленности для перемещения слитков металла. Неподвижная статорная обмотка двигателя здесь, располагается внутри, а сам ролик является ротором.

К первым применениям электропривода можно отнести некоторые артиллерийские меха­низмы на русских судах «Россия» и «Веста» (1887 г.), электрическую железную дорогу и ткацкий станок, демонстрировавшийся на про­мышленной выставке в Берлине (1879 г.), первый электрический трамвай Ф.Л. Пироцкого (1880г.), электрические швейные машины (1882 г.) и вентиляторы (1886 г.) В.Н. Чиколсва, судовые электрические подъемники и рулевые механизмы (1890—1892 гг.), металлургические машины на ряде американских заводов, обору­дованные электроприводами постоянного тока с полуавтоматическим управлением посредством контакторов, команд о контроллеров и т.п. (1890—1892 гг.) [6.54].

Условия для развития массового электропри­вода создались в конце XIX в. благодаря откры­тию в 1886 г. Г.Феррарисом и Н.Тесла явления вращающегося магнитного поля, положившему начало созданию многофазных электродвигате­лей переменного тока, и, главным образом, бла­годаря комплексу выдающихся работ М.О. Доливо-Добровольского, который в 1888 г. предло­жил и реализовал трехфазную систему передачи электрической энергии переменного тока и раз­работал в 1889 г. трехфазный асинхронный дви­гатель с распределенной обмоткой статора и с короткозамкнутым ротором в виде беличьего ко­леса.

С развитием материальной базы электропри­вода создавалась его теория.

Первой теоретической работой по электро­приводу в России можно считать статью Д.Л. Лачинова «Электромеханическая работа», опубли­кованную в журнале «Электричество» в 1880 г. В 1898 г, в учебных планах Петербургского элек­тротехнического института появилась самостоя­тельная дисциплина «Электрическая передача и распределение электрической энергии». На ос­нове первых разработок в области электроприво­да П.Д. Войнаровский в 1900 г. и В.В. Дмитриев в 1903 г. выпустили первые учебные пособия по курсу «Электрическая передача и распределение механической энергии». Так начиналась в Рос­сии подготовка специалистов в области электро­привода.

Дата добавления: 2014-12-25