История электротехники - Коллектив авторов

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.

В эти же годы появились и стали быстро развиваться другие принципы построения систем автоматического управления электропривода, основанные на применении замкнутых структур с использованием усилителей разных типов: машинных, электронно-ионных, несколько позже магнитных.

В 40-е годы особенно большое распространение получили различные электромашинные усилители (ЭМУ), основанные на предложенном К.И. Шенфером еще в 1929 г. метадине — машине постоянного тока с двойным комплектом щеток и особой конструкцией магнитной цепи. Первая отечественная система управления электропривода с ЭМУ, выполненным как генератор постоянного тока с несколькими обмотками возбуждения, опередившая аналогичные зарубежные устройства, была разработана в 1937 г. в ВЭИ.

В 1941 г. начала интенсивно развиваться военная электротехника, в частности специальные следящие электроприводы для управления орудийным огнем, радиолокации и т.п. Большую роль в создании новых, оригинальных специальных электроприводов сыграл завод № 627, руководимый А. Г. Иосифьяном, преобразованный затем в НИИ-627, а еще позднее во ВНИИЭМ, имеющий многочисленные филиалы по всей стране. ВНИИЭМ в последующие периоды играл определяющую роль в создании авиационной, судовой, ракетной и космической техники и, в частности, ряда уникальных разработок систем ориентации, электроприводов с бесконтактными электрическими машинами и др.

В середине 40-х годов были разработаны первые отечественные автоматическиеv линии станков: для обработки головки блока цилиндров тракторного двигателя (ЭНИМС, завод «Станкоконструкция»), для обработки блока цилиндров двигателя грузового автомобиля (станкостроительный завод им. С. Орджоникидзе) и др. Появились первые заводы-автоматы с автоматизированными основными и вспомогательными производственными процессами.

6.6.6. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СО СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ. ЗАВЕРШЕНИЕ РАЗВИТИЯ «ДОПОЛУПРОВОДНИКОВОГО» ЭЛЕКТРОПРИВОДА

В 1935 г. А. Г. Иосифьяном (ВЭИ) разработана первая версия электропривода с преобразователем на тиратронах, в 1939 г. в ВЭИ был создан регулируемый в большом диапазоне электропривод постоянного тока с питанием двигателя от тиратронного преобразователя или ртутного выпрямителя — прообраз широко распространенных сейчас регулируемых электроприводов по системе статический преобразователь — двигатель. Одним из первых его практических применений была шахтная подъемная машина, разработанная ВЭИ, ЛПИ и ХЭМЗ и пущенная в эксплуатацию в 1940 г.

С 1949 г. электроприводы с ртутными выпрямителями широко внедрялись в качестве главных приводов прокатных станов. К 1948–1950 гг. относится появление отечественных вентильных каскадов на прокатных станах с введением в цепь ротора главного асинхронного двигателя управляемого ртутного выпрямителя.

В 40–50-е годы формируются научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации, внесшие весомый вклад в развитие отечественного электропривода. Это ВЭИ (регулируемые электроприводы широкого применения), ГПИ «Тяжпромэлектропроект» (электрооборудование металлургических производств), Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения — ЦНИИТмаш (электропривод станов холодной прокатки), трест «Электропривод», позднее ВНИИэлектропривод (электропривод текстильных агрегатов, бумагоделательных и полиграфических машин, скоростных лифтов, экскаваторов), ЭНИМС (электроприводы металлорежущих станков), ВНИИЭМ (прецизионные электроприводы) и другие организации.

Практическая реализация электроприводов осуществлялась заводами «Электросила», ХЭМЗ, «Динамо», им. Я.М. Свердлова, им. С. Орджоникидзе и многими другими.

К середине 50-х годов сформировалась теория и практика «дополупроводникового» электропривода. Были созданы и получили широкое признание учебники по электроприводу: С.А. Ринкевича «Теория электропривода» (1938 г), А.Т. Голована «Электропривод» (1948 г.), Д.П. Морозова «Основы электропривода» (1950 г.), В.К. Попова «Основы электропривода» (1951 г.) и многие другие. Особенно следует отметить учебник М.Г. Чиликина «Общий курс электропривода», вышедший в 1953 г., выдержавший шесть изданий и внесший благодаря высокому уровню и доступности изложения весомый вклад в подготовку специалистов в СССР.

Стали общепринятыми основные технические решения — асинхронный с короткозамкнутым двигателем и синхронный электроприводы, если скорость не регулируется; электроприводы постоянного тока (система Г — Д, П — Д) или в отдельных случаях (краны и пр.) асинхронный электропривод с двигателем с фазным ротором, если нужно регулировать скорость или момент. В цепях возбуждения машин постоянного тока применялись ЭМУ, тиратронные выпрямители или магнитные усилители. Использовалось много разнообразных решений: магнитные усилители в цепи статора асинхронного двигателя, импульсное регулирование, машины двойного питания, электрический вал и т.п.

В США созданы основы современной теории электромеханического преобразования энергии на основе обобщенной машины, получившие впоследствии широкое использование в практике разработки управляемого электропривода.

Все усилия направлены на решение задачи создания эффективных регулируемых электроприводов, вместе с тем основная масса (более 95%) электроприводов остается нерегулируемой.

6.6.7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (ТП — Д) И ИСТОЧНИК ТОКА — ДВИГАТЕЛЬ (ИТ — Д)

В послевоенные годы в ведущих лабораториях мира произошел прорыв в области силовой электроники, кардинально изменивший многие сферы техники и, в частности, электропривод. В 1948 г. Дж. Бардин и В. Браттейн (Белловская лаборатория, США) создали первые транзисторы. В конце 50-х — начале 60-х годов на первых, еще очень несовершенных силовых транзисторах (ток 5 А, напряжение 60 В), работающих в ключевом режиме, было построено множество оригинальных схем для питания маломощных двигателей и для цепей возбуждения мощных двигателей. В качестве примера можно привести известный преобразователь Ройера (рис. 6.44), преобразующий постоянное напряжение в прямоугольное переменное с управляемой частотой, и множество модификаций этой схемы. В технику электропривода начал входить управляемый ключ и построенные на его основе устройства.

Радикальное воздействие на технику электропривода оказал тиристор — мощный полууправляемый ключ, созданный в 1955 г. усилиями Дж. Молла, М. Танненбаума, Дж. Голдея и Н. Голоньяка (США). Появление тиристоров на тысячи вольт и большие токи при малых падениях напряжения в проводящем состоянии позволило полностью отказаться от громоздких, ненадежных и неэкономичных ртутных выпрямителей и тиратронов и полностью перейти на управляемые тиристорные выпрямители (рис. 6.45) как в цепях возбуждения, так и в силовых цепях электроприводов постоянного тока. В [6.59] приведены любопытные диаграммы развития аппаратной базы электропривода (рис. 6.46) и цепей возбуждения крупных прокатных двигателей (рис. 6.47); годы указаны приближенно.

Система тиристорный преобразователь — двигатель постоянного тока (ТП — Д) стала с середины 60-х годов практически единственным техническим решением регулируемого электропривода малой и средней мощности; тиристорные возбудители активно вытеснили другие устройства в цепях возбуждения мощных электроприводов.

Преимущества системы ТП — Д, обеспечившие ей широкое применение взамен системы Г — Д, состоят в высоком быстродействии, компактности (блочная компоновка), высоком КПД, минимальном обслуживании, высокой надежности. На фоне этих преимуществ недостатки системы ТП — Д (дорогой двигатель постоянного тока, сложность рекуперации, ухудшение коммутации, низкий коэффициент мощности, пульсации выпрямленного напряжения и радиопомехи) на первых порах казались несущественными.