История электротехники - Коллектив авторов

В эти условия входили, в частности, стоимость промышленных зданий, которые при групповом приводе оказались существенно более громоздкими (рис. 6.36), стоимость механических передач и потерь в них, удобство расположения рабочих машин, легкость их перемещения при изменении технологии производства, удобство компоновки производственной среды в целом, включая размещение подъемно-транспортных и других вспомогательных средств, существенное повышение общей культуры и безопасности производства и как следствие повышение производительности труда на 15–20%.

Естественным итогом продолжавшегося более 25 лет непростого соревнования группового и индивидуального электроприводов была полная победа последнего на всех вновь строящихся предприятиях.

В России большую роль в развитии массового индивидуального электропривода сыграл план ГОЭЛРО, в соответствии с которым осуществлялись реконструкция старых и строительство новых электростанций, развивалась отечественная электротехническая промышленность.

Одновременно электрический привод вытеснял все виды механического привода. Так, мощность электродвигателей по отношению к общей мощности установленных двигателей в 1890 г. составляла 5%, в 1927 г. — 75%, к 1950 г. — около 100% [6.56]. Вместе с тем еще в публикациях конца 20-х годов, например в книге [6.57], изданной в США в 1928 г., значительное место уделено сопоставлениям группового и индивидуального электроприводов, доказательствам преимуществ последнего.

Одновременно с развитием индивидуального электропривода создавалась его теория, была организована подготовка специалистов в этой области. В 1922 г. в Ленинградском электротехническим институте (ЛЭТИ) С.А. Ринкевичем была открыта кафедра электрического привода, а в 1924–1926 гг. выпущены первые инженеры этого профиля. В 1925 г. вышел в свет первый отечественный учебник по электроприводу С.А. Ринкевича «Электрическое распределение механической энергии».

В 1925 г. в системе Всесоюзного электротехнического объединения создается первая проектная организация «Электропром» (позднее Государственный проектный институт — ГПИ — «Тяжпромэлектропроект»), в 1929 г. научные исследования в области электропривода организуются в ВЭИ. В 1929–1932 гг. создаются кафедры электропривода в Ленинградском политехническом (ЛПИ), Московском энергетическом (МЭИ), Харьковском электротехническом (ХЭТИ) институтах. Начинается интенсивное развитие отечественных научных школ в области электропривода. В 1930 г. в Харькове состоялась первая электротехническая конференция по электроприводу.

6.6.3. РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД — ПОИСК РЕШЕНИЙ

В период интенсивного перехода к индивидуальному электроприводу, который в России практически завершился к 1934 г., во всех новых производствах появилось большое количество различных типов электроприводов.

Если в нерегулируемом электроприводе малой и средней мощности прочно заняли свое место и не уступили его до настоящего времени асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, а в мощных электроприводах — синхронные двигатели, то регулируемые электроприводы были весьма разнообразны. Это было связано с ограниченными техническими возможностями средств управления, вследствие чего приходилось искать способы управления в свойствах собственно электродвигателей. Так, широко использовались двигатели постоянного тока с различными схемами возбуждения (независимой, параллельной, последовательной, смешанной) при реостатном регулировании или при ослаблении магнитного поля, асинхронные двигатели с фазным ротором, коллекторные двигатели переменного тока, двигатели Бушеро и т.п.

Наибольшее применение в регулируемых электроприводах средней и большой мощности в этот период и в дальнейшем нашла предложенная еще в конце XIX в. система Вард — Леонарда (генератор — двигатель), состоящая из нескольких электрических машин (рис. 6.37), но обладающая отличными регулировочными возможностями как в статике, так и в динамике. На основе этой системы удалось создать электропривод реверсивных прокатных станов. Первой такой установкой в СССР был электропривод блюминга мощностью 7000 л.с., выпущенный заводом «Электросила» в 1931 г. (рис. 6.38). Для питания двигателя был установлен трехмашинный агрегат, состоящий из асинхронного двигателя мощностью 3680 кВт и двух генераторов постоянного тока мощностью по 3000 кВт. Система управления, разработанная ХЭМЗ, решала задачи автоматического управления магнитным полем генераторов и двигателей, моментом асинхронных двигателей и т.п.

6.6.4. ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Индивидуальный электропривод сыграл большую роль в развитии и совершенствовании многих технологических машин и агрегатов. Это осуществлялось главным образом за счет приближения двигателя к рабочему органу и исключения благодаря этому значительной части громоздких механических передач, а также за счет перехода от механического к электрическому управлению скоростью. Ниже показано несколько примеров эволюции привода и кинематики механизмов ряда технологических агрегатов [6.54]: текстильной центрифуги (рис. 6.39), цементной печи (рис. 6.40), рольганга (рис. 6.41), фрезерного станка (рис. 6.42) [6.58]. Эти примеры свидетельствуют о серьезных упрощениях в конструкции агрегатов при одновременном повышении функциональных возможностей, производительности и качества технологического процесса, снижении потерь электроэнергии.

Так, опыты, проведенные на трех аналогичных токарных станках, показали, что при непосредственном приводе шпинделя от двигателя удельная производительность составила 13,4, при приводе через зубчатые колеса 8,3 и через ступенчатые шкивы — 7,4 кг/кВт∙ч [6.54]. При переходе в одном из типов прядильных машин к многодвигательному индивидуальному электроприводу производительность выросла на 40–100% при уменьшении потребления энергии на 20–40% и снижении численности персонала на 60% [6.54, 6.58].

Еще больший эффект дает соединение электродвигателя с рабочим органом рабочей машины в одно единое целое: мотор — колесо транспортного средства, электрошпиндель, электроверетено, электроинструмент, ролик рольганга в виде наружного ротора двигателя со статором, размещенным внутри, и т.п. Это направление интеграции отдельных элементов в электромеханические модули, возникшее на ранней стадии освоения индивидуального электропривода, получило особенно убедительное развитие в последние годы.

Влияние электрического регулирования скорости на кинематику агрегата иллюстрируется на рис. 6.43 [6.58] применительно к сверлильному станку с механическим (а), электромеханическим — двухскоростной двигатель (б) и электрическим (в) регулированием скорости.

К началу 40-х годов электромеханическая часть индивидуального, в том числе многодвигательного электропривода, приобрела современные черты. Его характерной особенностью оставалось релейно-контакторное управление, хотя уже стали появляться системы непрерывного управления. К ним в первую очередь следует отнести рассмотренную ранее систему Г — Д, некоторые схемы электрического вала на асинхронных двигателях с фазным ротором, использованные на шлюзовых затворах, в ряде машин и станков.

6.6.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Идеи автоматического управления, зародившиеся задолго до создания работоспособного электропривода (идеи Уатта — Ползунова и др.), в 30-е годы начали интенсивно развиваться применительно к электроприводу. Первые практические разработки в России относятся к автоматическому управлению подачей в ряде технологических агрегатов: врубовых машинах, металлорежущих станках, нажимных устройствах прокатных станов, салазковых пилах и т.п.[6.58].

В 1934 г. B.C. Вихманом была разработана отечественная версия системы копировального станка, основанная на фотоэлектрическом копировании по чертежу. В 1936 г. Т.Н. Соколов предложил новую систему электрокопирования по шаблону с электронно-ионным управлением, которая была реализована на станкостроительном заводе им. Я.М. Свердлова в 1940–1941 гг. Электроприводы подач копировальных станков явились первыми советскими следящими электроприводами.