Промышленный электропривод. От двигателей постоянного тока к асинхронным электродвигателям

В 80-90-х годах XIX века основными электродвигателями, применяемыми в промышленности являлись двигатели постоянного тока. Преобладающей сферой применения таких электроприводов являлись шахтные подъемники, прокатные станы, крупные машинные агрегаты и другое технологическое оборудование того времени.

В процессе дальнейшего развития систем электротехники, сложились условия, позволившие создать несложную с технической точки зрения и выгодную с экономической точки зрения систему трехфазного тока. Благодаря этому новшеству открылись широчайшие возможности использования асинхронных двигателей переменного тока в промышленности.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко применялись в горных, текстильных, строительных машинах, металлорежущих станках, конвейерах, вентиляторах, насосах и т.д. Незатейливость конструкции трехфазного асинхронного электродвигателя, в особенности при наличии короткозамкнутого ротора, позволила применять эти электродвигатели в промышленных цехах или на заводах в огромных количествах.

Асинхронные электродвигатели невероятно надежны в работе, поэтому если их изготавливать в герметичном корпусе, то они могут применяться для работы в самых тяжелых условиях, например при повышенной влажности, высокой концентрации бензиновых паров или легковоспламеняющихся газов.

Кроме этого, асинхронные электродвигатели могут без особых повреждений выдерживать воздействие значительных кратковременных перегрузок. В конце 90-х годов XIX века большинство стран, имеющих электромашиностроительные заводы, выпускали асинхронные электродвигатели в невероятных количествах в достаточно широких диапазонах мощностей.

Электрический привод стал революцией в промышленном производстве. Ранее электродвигатели устанавливались для привода станков большой мощности и отдельных машин. Затем настал период замены паровой машины, игравшую роль центрального привода, на электродвигатель. Так появился групповой электропривод, снабженный множеством трансмиссий в цеху. Данная система становилась источником повышенной опасности, что ухудшало и без того не легкие производственные условия труда.

Трансмиссионные передачи – система основных и распределительных валов, на которые насажены шкивы, передающие движение при помощи ремней на шкивы станков. Вся система приводилась в движение мощным центральным двигателем, расположенным в цеху или за его пределами.

Учитывая непрерывный рост числа машин, которые должны были приводиться в движение центральным электродвигателем, началось постепенное рассредоточение общего количества этих машин на несколько электродвигателей, располагающихся внутри цеха. Общая трансмиссия делилась на участки, которые обслуживали отдельные группы. Подобное разделение позволяло более эффективно управлять станками. Наиболее характерный пример группового электропривода – цех оружейного завода, на котором в 1911 году металлорежущие станки объединили в группы, выполняющие один вид работ и приводимых в действие электродвигателем при помощи единого вала.

Дальнейшее совершенствование электродвигателей, применяемых в промышленности, позволило использовать отдельный электропривод для каждого из станков. Именно обслуживание электроприводом всего одного станка позволило:

• освободить промышленные цеха от невероятного числа трансмиссий;
• уменьшить количество времени работы машин на холостых оборотах;
• повысить КПД станков;
• снизить непроизводительные потери энергии.

Применение индивидуального электропривода дало возможность работы на оптимальных скоростях каждому отдельно взятому механизму; он позволил в значительной степени ускорить процессы запуска или изменения направления вращения.

Индивидуальный электропривод серьезно повлиял на конструктивные особенности станков и рабочих машин. Соединение электропривода и исполнительного механизма было порой настолько тесным, что они выглядели как единый механизм.

Наиболее гармоничной конструктивной связью станка и электропривода была система использования фланцевых электродвигателей, выпускаемых в вертикальной и горизонтальной вариациях, благодаря чему можно было непосредственно присоединить электропривод к механизму станка, не задействую промежуточные ременные передачи.

Фланцевые электродвигатели применялись в основном для осуществления привода с высокоскоростными шпинделями расточных, полировальных, сверлильных, шлифовальных и деревообрабатывающих станков.

Среди индивидуальных электроприводов очень эффективными оказались встроенные электродвигатели, а со временем свою славу завоевали и электродвигатели с регулируемым приводом (возможностью изменять число оборотов). При использовании электрического или электромеханического способа регулирования скорости появляется возможность значительно упростить кинематическую схему металлорежущих станков.

К началу ХХ века были доказаны как в теории, так и на практике промышленных производств несомненные преимущества применения индивидуального электропривода. Такой вид электропривода, работающего от сети трехфазного тока, был широко распространен в промышленности, особенно в машиностроении. Успех был вызван еще и тем фактом, что электромашиностроительные заводы наладили выпуск крупных партий асинхронных электродвигателей довольно небольших мощностей, которые использовались для ткацких, полиграфических, металлорежущих, прядильных, деревообрабатывающих и прочих машин. Незаметно трехфазные электродвигатели стали использоваться не только на механических, но и на кирпичных, бумажных, цементных и текстильных заводах и фабриках, а так же в рудниках и шахтах.

Дальнейшее развитие индивидуального электрического привода переросло в еще более совершенную систему – многодвигательный электропривод. Теперь уже несколько электроприводов обслуживали одну машина, а точнее на каждый исполнительный механизм приходилось по отдельному электродвигателю.

К примеру, металлорежущий станок оборудован следующей системой приводов: первый электродвигатель вращает шпиндель, второй – поднимает и опускает рабочий орган, третий - поворот системы и так далее. Подобные приводы, как правило, оборудованы развитой системой автоматики и регулирования.

Впоследствии электропривод, способный обеспечить автоматическое выполнение различных технологических операций, а заодно и согласовать отдельные движения, получил широкое распространение в сфере станкостроения. Учитывая, что значительно сократилось число вспомогательных операций, а процесс регулирования скорости стал более плавным и точным, то в конечном итоге значительно повысилась производительность станков, труд рабочих стал существенно легче, повысилось качество выпускаемой продукции.

Преимущества многодвигательных электроприводов стимулировали металлургическую, полиграфическую, горную, текстильную и многие другие отрасли на использование данной системы приводов в своем оборудовании.