ВВЕДЕНИЕ

Историческая справка. Электрический привод — крупнейший потребитель электрической энергии, необходимой для работы машин и механизмов во всех отраслях народного хозяйства. Появление электропривода обусловлено трудами многих отечественных и зарубежных ученых-электротехников. В этом ряду имена таких ученых, как датчанин X. Эрстед, показавший возможность взаимодействия магнитного поля и проводника с током (1820 г.), француз А. Ампер, математически оформивший это взаимодействие (1820 г.), англичанин М. Фарадей, построивший в 1821 г. экспериментальную установку и доказавший возможность создания электродвигателя.

Это отечественные ученые — академики Б. С. Якоби и Э. X. Ленц, которые впервые создали в 1834 г. электродвигатель постоянного тока. Работа Б. С. Якоби по созданию двигателя получила широкую мировую известность, и многие последующие работы в этой области были развитием его идей. Так, в 1837 г. американец Девенпорт построил электродвигатель с более простым коммутатором. В 1838 г. Б. С. Якоби разработал новый электродвигатель мощностью 1 л. с., который был использован для привода лодки с 12 пассажирами, двигавшейся со скоростью до 5 км/ч против течения Невы. Поэтому 1838 г. считают годом рождения электропривода. Уже на этой первой несовершенной модели обнаружились весьма значительные преимущества электропривода по сравнению с господствовавшим в то время паровым приводом — это отсутствие парового котла, запасов топлива и воды. Однако из-за несовершенства первого электродвигателя, а главное неэкономичности источника электроэнергии — гальванической батареи (итальянец А. Гальвани, 1737—1798) — работы Б. С. Якоби и его последователей не получили практического применения. Требовался простой, надежный и экономичный источник электрической энергии. И он был найден.

Еще в 1833 г. академик Э. X. Ленц открыл принцип обратимости электрических машин, объединивший впоследствии пути развития двигателей и генераторов.

В 1870 г. сотрудник французской фирмы «Альянс» 3. Грамм создал промышленный тип электрического генератора постоянного тока, что послужило импульсом к развитию электропривода и внедрению его в промышленность. Например, наш соотечественник электротехник В. Н. Чиколев (1845—1898) создал электропривод для дуговых ламп (1879 г.), швейной машины (1882 г.) и вентилятора (1886 г.), отмеченные золотыми медалями на Всероссийских выставках. Происходит внедрение электропривода постоянного тока в военно-морском флоте: подъемник боеприпасов на броненосце «Сисой великий» (1890—1894), первый рулевой электропривод на броненосце «12 Апостолов» (1892 г.). В 1895 г. А. В Шубин разработал систему «генератор — двигатель» для рулевого управления, установленную в дальнейшем на броненосцах «Князь Суворов», «Слава» и др. Марсель Депре в 1881 г. теоретически обосновал передачу электроэнергии на расстояние и в 1882 г. построил первую ЛЭП длиной 57 км и мощностью 3 кВт.

Электропривод начали использовать и в ткацком производстве на подмосковных текстильных фабриках Морозова, Липгардга, Прохоровской мануфактуре, где к 1896 г. работало значительное число двигателей постоянного тока.

Отмечены случаи использования электропривода в городском транспорте — трамвае в городах Киеве, Казани и Нижнем Новгороде (1892 г.) и несколько позже в Москве (1903 г.) и Петербурге (1907 г.). Однако успехи были незначительны. Для осмысления практического опыта требовалась теория. И в создании такой теории огромная заслуга нашего соотечественника — крупнейшего электротехника Д. А. Лачинова (1842—1903), который опубликовал в 1880 г. в журнале «Электричество» научный труд под названием «Электромеханическая работа», ставший основой науки об электроприводе. Д. А. Лачинов убедительно доказал преимущества электрического распределения механической энергии, впервые получил выражение для механической характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением, дал классификацию электрических машин по способу возбуждения, рассмотрел условия питания двигателя от генератора. Поэтому год опубликования научного труда «Электромеханическая работа» — 1880 г. — считают годом рождения науки об электроприводе.

Наряду с электроприводом постоянного тока развивали и электропривод переменного тока. Так, в 1841 г. англичанин Ч. Уитсон построил однофазный синхронный электродвигатель, который, однако, не нашел практического применения из-за трудностей при пуске. В 1876 г. П. Н. Яблочков (1847—1894) разработал несколько конструкций синхронных генераторов для питания изобретенных им свечей, а также изобрел трансформатор. Следующий шаг на пути к электроприводу переменного тока — это открытие в 1888 г. итальянцем Г. Феррарисом и югославом Н. Теслой явления вращающегося магнитного поля, что положило начало конструированию многофазных электродвигателей. Г. Феррарисом и Н. Теслой были разработаны модели двухфазных двигателей. Однако двухфазный ток в Европе широкого распространения не получил в связи с разработкой более совершенной трехфазной системы русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским (1862— 1919) в 1889 г. В этом же 1889 г. 8 марта он запатентовал асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, а несколько позднее и с фазным ротором. Уже в 1891 г. на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне М. О. Доливо-Добровольский продемонстрировал асинхронные двигатели мощностью 0,1 кВт (вентилятор); 1,5 кВт (ГПТ); 75 кВт (насос). Для этого им были разработаны трехфазный генератор и трехфазный трансформатор. Конструкция последнего остается основной и в настоящее время. В результате этих работ были устранены последние принципиальные технические препятствия к распространению электрической передачи энергии и был создан наиболее надежный, простой и дешевый электрический двигатель, распространенный и сегодня (порядка 75 % общей потребляемой энергии электроприводами). Первые в России трехфазные приводы переменного тока были установлены в 1893 г. в Шепетовке и на Коломенском заводе, где к 1895 г. насчитывалось 209 электродвигателей общей мощностью 1507 кВт. И все же темпы внедрения электропривода в промышленность оставались низкими из-за отсталости России в области электротехнического производства (2,5 % мировой продукции) и выработки электроэнергии (15-е место в мире) даже в пору расцвета царской России (1913 г.).

В принятом в 1920 г. плане ГОЭЛРО (государственный план электрификации России) предусматривалось в течение 10...15 лет сооружение 30 тепловых и гидроэлектростанций общей мощностью 1 млн 750 тыс. кВт. Работая над планом ГОЭЛРО, В. И. Ленин сделал пометку: «Электрический привод как раз наиболее надежно обеспечивает и любую быстроходность, и автоматическую связанность операций на самом обширном поле труда».

Такое внимание к электроприводу и электрификации страны уделялось потому, что с помощью электропривода можно эффективно выполнять механическую работу и автоматизацию процессов, создавать условия для высокопроизводительного труда. Приведем примеры. Известно, что в течение рабочего дня один человек при помощи мускульной энергии вырабатывает около 1 кВт • ч. В высокопроизводительных отраслях промышленности установленная мощность электродвигателей на одного рабочего составляет' 4...5 кВт (электровооруженность труда), что при 8-часовом рабочем дне дает потребление 32...40 кВт • ч. Это значит, что один человек управляет механизмами, работа которых за смену эквивалентна работе 32...40 человек. Еще более существенный результат получают в горнодобывающей промышленности. Например, на шагающем экскаваторе типа ЭШ-125/125, имеющем стрелу длиной 125 м и ковш вместимостью 125 м3, мощность одного асинхронного двигателя 28 200 кВт. В металлообработке на прокатных станах установленная мощность двигателей составляет более 60 000 кВт, а скорость прокатки соответствует движению поезда со скоростью 126 км/ч. Таким образом, очевидна эффективность электропривода.

Поэтому было так важно обеспечить широкое внедрение электропривода в народное хозяйство. Количественно это характеризуется коэффициентом электрификации, равным отношению мощности электрических двигателей к мощности всех установленных двигателей. Динамику роста коэффициента электрификации можно проследить по следующим данным.

Год 1890 1913 1928 1932 1935 1987

Коэффициент 5 40 51 69 80 около 95

электрификации, %

В 1928 г. СССР по коэффициенту электрификации обогнал Англию, в 1936 г. прегнал Германию и догнал США.

По данным за 2006 г., электропривод занял господствующее положение в народном хозяйстве и потребляет около 2/3 всей производимой электрической энергии в стране (примерно 1,5 млн кВт • ч.)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >