«Развитие электропривода в нашей стране в ХХ в.»

В нашей стране, в бывшем Советском Союзе, развитие электропривода получило широкий размах в годы пятилеток в связи с общей индустриализацией страны. 

Руководители Советской России придавали большое значение роли электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства. Многим в те годы было известно определение В.И. Ленина «Коммунизм – это есть Советская власть плюс электрификация всей страны».

Ученые и инженеры уже в первые годы советской власти, создали государственный план электрификации России – ГОЭЛРО, который был осуществлен с большим перевыполнением и в более короткие сроки, чем это было предусмотрено планом. По плану ГОЭЛРО было намечено соорудить и ввести в эксплуатацию в течение 10–15 лет 30 новых районных электростанций общей мощностью 1 млн. 500 тыс. кВт. За 15 лет – к 1935 г. на районных электростанциях было фактически введено около 4,5 млн. кВт. 

Созданный по указанию В.И. Ленина еще в 1921 г. Государственный экспериментальный электротехнический институт, реорганизованный в 1929 г. во Всесоюзный электротехнический институт (ВЭИ), оказал большое влияние на развитие отечественной электротехники, в том числе и на развитие электропривода.

Большую роль в развитии электропривода сыграла также начавшаяся подготовка инженерных кадров в этой области.

Еще в 1922 г. в Ленинградском электротехническом институте имени Ульянова (Ленина) под руководством проф. С.А. Ринкевича создается специальность «электрификация промышленности», которая положила начало регулярному выпуску специалистов в области электропривода н электрификации промышленности.

В 1925 г. выходит в свет книга проф. С.А. Ринкевича «Электрическое распределение механической энергии», явившаяся первым систематизированным трудом, в котором с большой полнотой рассматривались основные вопросы теории и практики электропривода. Дальнейшее развитие теории и практики электропривода нашло свое отражение в труде проф. В.К. Попова «Применение электродвигателей в промышленности» (1932–1939 гг.), а также в трудах Р.Л. Аропова, А.Т. Голована, Д.П. Морозова и др. Вопросы автоматического управления электроприводами нашли освещение в трудах академиков М.П. Костенко, В.С. Кулебакина, а также А.Г. Иосифьяна, В.К. Попова, Д.В. Васильева и др.

Уже в первые годы советской власти были созданы предпосылки к широкому развитию научно-исследовательских работ, способствовавших внедрению электропривода в различные отрасли отечественной промышленности.

Огромное увеличение производства электроэнергии вызвано широким размахом электрификации всех отраслей промышленности. В угольной, металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности коэффициент электрификации (т.е. отношение установленной мощности электродвигателей к общей установленной мощности двигателей всех видов, выраженное в процентах) приближается к 100%.

Уже в 1960 г. коэффициент электрификации в важнейших отраслях промышленности СССР составлял; в химической промышленности 97,7, в металлургической 86,9, в промышленности общего машиностроения 98,5, в угольной 99,1 %. Электровооруженность промышленности СССР достигла весьма значительных размеров.

В такой отрасли промышленности, как, например, металлургия, в Царской России преобладал паровой двигатель. В настоящее время паровой привод в металлургии почти всюду вытеснен электроприводом.

Претворение в жизнь плана индустриализации привело к созданию в Советском Союзе мощной машиностроительной промышленности и к выпуску огромного количества электрических машин, аппаратов и других изделий электропромышленности.

Так, в черной металлургии уже в первой пятилетке было введено в строй 19 мощных прокатных станов, а во второй 60, из них 9 блюмингов, электропривод которых является одним из наиболее сложных автоматизированных устройств. Завод «Электросила» в 1931 г. выпустил первый советский электропривод блюминга с двигателем 7000 л. с. и с трехмашинным маховичным агрегатом, состоящим из асинхронного двигателя мощностью 3680 кВт и двух генераторов по 3000 кВт. В 1931–1932 гг. разрабатывается отечественная система комплексной автоматизации электроприводов загрузки доменных печей. Создается электрооборудование для врубовых машин угольной промышленности, взаимосвязанный электропривод бумагоделательных машин и т.п.

В 1936–1937 гг. были разработаны на принципе следящего привода схемы автоматического управления нажимными винтами прокатных станов.

Последующие годы (1940–1945 гг.) ознаменованы разработкой новых принципов построения систем автоматического управления электроприводами, основанных на применении замкнутых цепей с обратными связями и использовании электромашинных, электронных и в дальнейшем магнитных усилителей.

Широкое применение усилителей позволило осуществить непрерывное управление и обеспечить необходимое формирование переходных процессов в электроприводах большого числа механизмов с плавным и большим диапазоном электрического регулирования скорости.

Еще в довоенное время проводились работы, связанные с заменой электромашинного преобразовательного агрегата системы генератор – двигатель статическим. Первая установка такого рода, в которой двигатель постоянного тока для привода шахтного подъемника питался от управляемого ртутного выпрямителя, была пущена в эксплуатацию в 1940 г. Замена электромашинного агрегата ртутным выпрямителем заметно удешевила установку и привела к повышению КПД электропривода.

В послевоенные годы такие электроприводы нашли применение на металлургических заводах для привода прокатных станов.

Сложные автоматизированные электроприводы, способствующие повышению производительности и улучшению качества продукции, были использованы в станах холодной прокатки» шахтных подъемных машинах, текстильных поточных агрегатах, скоростных лифтах высотных зданий, бумагоделательных машинах, экскаваторах, сложных металлорежущих станках и др.

В годы пятилеток такие заводы, как ХЭМЗ, «Электросила», «Динамо» и др. обеспечили быстрое развитие новых типов электроприводов.

При проектировании и реализации указанных электроприводов большую работу провели коллективы таких организаций и заводов, как ЦНИИТмаш, трест «Электропривод», ГПИ «Тяжпромэлектропроект», ЭНИМС, заводы им. Я.М. Свердлова, фрезерных станков в г. Горьком, им. Серго Орджоникидзе и др.

Широкое развитие сельскохозяйственного машиностроения (тракторостроения, производства комбайнов), автомобилестроения, самолетостроения и других видов массового производства потребовало значительного развития механизации и автоматизации трудоемких процессов на базе повсеместного использования автоматизированного электропривода и современных систем управления им.

Заводом «Станкоконструкция» и ЭНИМС еще в первой пятилетке была разработана и пущена в эксплуатацию автоматическая линия станков для обработки блока цилиндров тракторного двигателя. Введение автоматической линии способствовало заметному росту производительности труда за счет использования агрегатных станков, ведущих обработку изделий одновременно многими инструментами и с разных сторон, существенного сокращения вспомогательного времени и автоматизации цикла обработки, совершаемого без участия оператора.

Революционизирующее влияние на развитие автоматизированного электропривода оказали разработка и производство полупроводниковых приборов – транзисторов, тиристоров, которые благодаря своим преимуществам стали вытеснять ранее применявшиеся в электроприводе устройства с электронными лампами и ионными приборами. Наряду с системой генератор–двигатель (Г–Д), все шире используется более быстродействующая система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП–Д).

В результате освоения нашей промышленностью мощных и надежных силовых тиристоров удается создавать преобразовательные устройства большой мощности. Тиристорные преобразователи отличаются высоким КПД, практически безынерционны, требуют незначительной мощности для управления и с их помощью создаются системы электроприводов, обладающие плавным и широким диапазоном регулирования скорости. Соответствующие схемные решения обеспечивают формирование необходимых статических и динамических характеристик.

Быстрое развитие в нашей стране и за рубежом полупроводниковой техники, существенное увеличение выпускаемых тиристоров обусловливают резкое уменьшение их стоимости, поэтому наряду с широким использованием тиристорных преобразователей для приводов постоянного тока уже сейчас осваиваются автоматизированные электроприводы переменного тока, управляемые различного рода тиристорными преобразователями.

Известно, что асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в несколько раз дешевле коллекторного двигателя постоянного тока, имеет меньшие габариты, может быть выполнен на существенно большие скорости при той же мощности, надежней и проще в эксплуатации, так как является бесконтактным. Уже сейчас разработанные принципы автоматического управления электроприводами переменного тока с тиристорными преобразователями обеспечивают экономичное плавное регулирование скорости в большом диапазоне, позволяя получить значительно лучшие динамические характеристики этого электропривода по сравнению с электроприводом постоянного тока.

Привод переменного тока, в котором используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с частотным управлением, является весьма перспективным и в ближайшем будущем во многих случаях сможет заменить систему ТП–Д постоянного тока.

Широким фронтом велись научно-исследовательские работы в области электропривода во ВНИИэлектропривод и в других научно-исследовательских, и проектных институтах, в высших учебных заведениях страны – Московском энергетическом, Ленинградском и Харьковском электротехнических институтах, Ленинградском политехническом и др.

Благодаря этому возникла возможность нового мощного развития теории и практики электропривода.

В настоящее время в период экономических реформ в современной России еще больше возрастает роль уровня электровооруженности технологических процессов, а значит, электропривода в наше время, когда важнейшим направлением научно-технического прогресса стала автоматизация технологических процессов, которая позволяет повысить производительность общественного труда в народном хозяйстве, сделать его более творческим и привлекательным, что уже само по себе является решением важной социальной задачи. Характерной чертой автоматизации является быстрое развитие робототехники, внедрение гибких автоматизированных производств, автоматических линий, машин и оборудования со встроенными средствами микропроцессорной техники, многооперационных станков с числовым программным управлением, роторных конвейерных комплексов.

Дальнейшее развитие электрификации и автоматизации технологических процессов, создание высокопроизводительных машин, механизмов и технологических комплексов во многом определяется развитием электрического привода.

К основным направлениям развития современного электропривода относятся:

–      разработка и выпуск комплектных регулируемых электроприводов с использованием современных преобразователей и микропроцессорного управления;

–      повышение эксплуатационной надежности, унификации и улучшение энергетических показателей электропривода;

–      расширение области применения регулируемого асинхронного электропривода и использование электропривода с новыми типами двигателей, а именно линейными, шаговыми, вентильными, вибрационными, повышенного быстродействия, магнитогидродинамическими и др.;

–      развитие научно-исследовательских работ по созданию математических моделей и алгоритмов технологических процессов, а также машинных средств проектирования электропривода;

–      подготовка инженерно-технических и научных кадров, способных проектировать, создавать и эксплуатировать современный автоматизированный электропривод.

Решение этих и ряда других проблем позволит существенно улучшить технико-экономические характеристики электропривода и создать тем самым базу для дальнейшего технического прогресса во всех отраслях промышленного производства, транспорта, сельского хозяйства и в быту.