История электротехники

Коллектив авторов

^{Рис. 6.38. Главный двигатель прокатного стана}

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.

^{Рис. 6.39. Видоизменение одиночного электропривода текстильной центрифуги}

^{Рис. 6.40. Видоизменение передач между двигателем и цементной печью}

^{Рис. 6.41. Эволюция электропривода рольганга} 

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.

^{Рис. 6.42. Фрезерный станок с одиодвигательным (а) и трехдвигательным (б) приводом}

^{Рис. 6.43. Сверлильный станок с разными способами регулирования 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.

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 автоматические^v 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.