История электротехники

Лишь в 70-е годы XIX в. были разработаны практически применимые двигатели постоянного тока, широко демонстрировавшиеся на выставках в Вене (1873 г.). Париже (1881 г.), Мюнхене (1882 г.). Стали появляться сведения об их использовании в составе электропривода для практических целей, чему в значительной мере способствовало создание в 80-е годы ряда передач постоянного тока напряжением до 6000 В [6.53].

К первым применениям электропривода можно отнести некоторые артиллерийские механизмы на русских судах «Россия» и «Веста» (1887 г.), электрическую железную дорогу и ткацкий станок, демонстрировавшийся на промышленной выставке в Берлине (1879 г.), первый электрический трамвай Ф.А. Пироцкого (1880 г.), электрические швейные машины (1882 г.) и вентиляторы (1886 г.) В.Н. Чиколева, судовые электрические подъемники и рулевые механизмы (1890–1892 гг.), металлургические машины на ряде американских заводов, оборудованные электроприводами постоянного тока с полуавтоматическим управлением посредством контакторов, командоконтроллеров и т.п. (1890–1892 гг.) [6.54].

Условия для развития массового электропривода создались в конце XIX в. благодаря открытию в 1886 г. Г. Феррарисом и Н. Тесла явления вращающегося магнитного поля, положившему начало созданию многофазных электродвигателей переменного тока, и, главным образом, благодаря комплексу выдающихся работ М.О. Доливо-Добровольского, который в 1888 г. предложил и реализовал трехфазную систему передачи электрической энергии переменного тока и разработал в 1889 г. трехфазный асинхронный двигатель с распределенной обмоткой статора и с короткозамкнутым ротором в виде беличьего колеса [6.55].

С развитием материальной базы электропривода создавалась его теория.

Первой теоретической работой по электроприводу в России можно считать статью Д. А. Лачинова «Электромеханическая работа», опубликованную в журнале «Электричество» в 1880 г. В 1898 г. в учебных планах Петербургского электротехнического института появилась самостоятельная дисциплина «Электрическая передача и распределение электрической энергии». На основе первых разработок в области электропривода П.Д. Войнаровский в 1900 г. и В.В. Дмитриев в 1903 г. выпустили первые учебные пособия по курсу «Электрическая передача и распределение механической энергии». Так начиналась в России подготовка специалистов в области электропривода.

6.6.2. ПЕРЕХОД ОТ ГРУППОВОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА К ИНДИВИДУАЛЬНОМУ

Конец XIX — начало XX в. характеризуется строительством электрических станций и развитием электрических сетей. Первая электростанция была построена исключительно для целей освещения. Централизованная выработка электроэнергии с ее последующим распределением послужила основной для создания промышленного электропривода.

^{Рис. 6.33. Групповой привод на текстильной фабрике}

На замену использовавшемуся ранее групповому приводу с паровым или гидравлическим первичным двигателем и механическим распределением энергии с помощью ремней и канатов (рис. 6.33) [6.54] пришел групповой электропривод. Не изменяя общей компоновки, он позволял не иметь на каждой фабрике свою тепловую станцию с паровыми котлами или гидравлическую с водяными колесами и основывался на использовании централизованного электроснабжения — электрической сети (рис. 6.34).

Интересно, что даже нововведение — промежуточное звено в виде электродвигателя между первичным двигателем и рабочей машиной — вызывало вначале у многих недоумение вследствие удорожания оборудования, его усложнения и возникновения потерь энергии при передаче ее по проводам на значительные расстояния.

Еще большее недоумение и возражения в начале XX в. вызывала идея перехода к одиночному электроприводу (рис. 6.35), т.е. к замене механического распределения энергии электрическим, приближению электродвигателя к рабочей машине. Несмотря на уже имевшиеся положительные примеры таких решений, можно утверждать, что всю первую четверть XX в. шла борьба между сторонниками группового и индивидуального электропривода.

^{Рис. 6.34. Групповой электропривод}

^{Рис. 6.35. Одиночный электропривод} 

Доводы первых выглядели весьма серьезно. Так, по данным крупных американских специалистов, относящимся к 1924 г. [6.54], стоимость установленной мощности двигателя с необходимым оборудованием составляла для группового электропривода 29 долл., для индивидуального — 150 долл. Для индивидуального привода установленная мощность оказывалась в 3–5 раз больше, чем для группового, за счет разновременности нагрузок в последнем. Требовалось время для понимания неправомерности подобных сравнений, не учитывающих всего комплекса условий, определяющих результат.

^{Рис. 6.36. Промышленные здания для группового (а) и одиночного (б) электроприводов} 

В эти условия входили, в частности, стоимость промышленных зданий, которые при групповом приводе оказались существенно более громоздкими (рис. 6.36), стоимость механических передач и потерь в них, удобство расположения рабочих машин, легкость их перемещения при изменении технологии производства, удобство компоновки производственной среды в целом, включая размещение подъемно-транспортных и других вспомогательных средств, существенное повышение общей культуры и безопасности производства и как следствие повышение производительности труда на 15–20%.

Естественным итогом продолжавшегося более 25 лет непростого соревнования группового и индивидуального электроприводов была полная победа последнего на всех вновь строящихся предприятиях.

В России большую роль в развитии массового индивидуального электропривода сыграл план ГОЭЛРО, в соответствии с которым осуществлялись реконструкция старых и строительство новых электростанций, развивалась отечественная электротехническая промышленность.

Одновременно электрический привод вытеснял все виды механического привода. Так, мощность электродвигателей по отношению к общей мощности установленных двигателей в 1890 г. составляла 5%, в 1927 г. — 75%, к 1950 г. — около 100% [6.56]. Вместе с тем еще в публикациях конца 20-х годов, например в книге [6.57], изданной в США в 1928 г., значительное место уделено сопоставлениям группового и индивидуального электроприводов, доказательствам преимуществ последнего.

Одновременно с развитием индивидуального электропривода создавалась его теория, была организована подготовка специалистов в этой области. В 1922 г. в Ленинградском электротехническим институте (ЛЭТИ) С.А. Ринкевичем была открыта кафедра электрического привода, а в 1924–1926 гг. выпущены первые инженеры этого профиля. В 1925 г. вышел в свет первый отечественный учебник по электроприводу С.А. Ринкевича «Электрическое распределение механической энергии».

В 1925 г. в системе Всесоюзного электротехнического объединения создается первая проектная организация «Электропром» (позднее Государственный проектный институт — ГПИ — «Тяжпромэлектропроект»), в 1929 г. научные исследования в области электропривода организуются в ВЭИ. В 1929–1932 гг. создаются кафедры электропривода в Ленинградском политехническом (ЛПИ), Московском энергетическом (МЭИ), Харьковском электротехническом (ХЭТИ) институтах. Начинается интенсивное развитие отечественных научных школ в области электропривода. В 1930 г. в Харькове состоялась первая электротехническая конференция по электроприводу.

6.6.3. РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД — ПОИСК РЕШЕНИЙ

В период интенсивного перехода к индивидуальному электроприводу, который в России практически завершился к 1934 г., во всех новых производствах появилось большое количество различных типов электроприводов.

Если в нерегулируемом электроприводе малой и средней мощности прочно заняли свое место и не уступили его до настоящего времени асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, а в мощных электроприводах — синхронные двигатели, то регулируемые электроприводы были весьма разнообразны. Это было связано с ограниченными техническими возможностями средств управления, вследствие чего приходилось искать способы управления в свойствах собственно электродвигателей. Так, широко использовались двигатели постоянного тока с различными схемами возбуждения (независимой, параллельной, последовательной, смешанной) при реостатном регулировании или при ослаблении магнитного поля, асинхронные двигатели с фазным ротором, коллекторные двигатели переменного тока, двигатели Бушеро и т.п.