«Появление и развитие электропривода в ХIХ в.»

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 Фрорлана, приводивший в движение типографские и ткацкие станки. Прогрессивную рать в развитии электропривода сыграло изобретение в 1860 г. итальянским ученым А. Пачинотти электродвигателя с кольцевым якорем.

И все же до конца XIX в. столетия пар и вода оставались основной силой, приводившей в движение станки и механизмы в промышленности. 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 XIX в. 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 тому, 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 служить уменьшение числа пар переключаемых зубчатых колес в коробке скоростей токарного станка (рис. 2).

Для получения 12 скоростей на шпинделе при нерегулируемом индивидуальном приводе требуется 9 пар зубчатых колес (рис. 2, а). Применение двухскоростного-асинхронного двигателя дает возможность уменьшить число зубчатых колес до семи пар (рис. 2, б), а при регулируемом двигателе постоянного тока их число снижается до четырех пар (рис. 2, в).

На рис. 3 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 (a, b, c, 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. 4 показан электропривод шлифовального круга от асинхронного короткозамкнутого двигателя, так называемый электрошпиндель.

Другим примером может служить двигатель-ролик (рис. 5), применяемый в металлургической промышленности для перемещения слитков металла.

Неподвижная статорная обмотка двигателя здесь располагается внутри, а сам ролик является ротором.