История автоматизированного электропривода

История автоматизированного электропривода

konvir.ru

Автоматизированный электропривод состоит из электрической машины, преобразователя электрической энергии и системы управления. В настоящее время под системой управления чаще всего подразумевается цифровой контроллер. Первыми в этой связке появились электрические машины. Подготовкой к их созданию явилась вся история электрической энергии.

Первыми появились электрические машины постоянного тока питающиеся от гальванических элементов. Такие электродвигатели даже применялись в промышленных установках – печатных машинах. Первые машины с вращающимся явнополюсным якорем разрабатывались в 1834-1860 годах. Большой вклад в развитие конструкций этих машин принадлежит Б. Якоби. Первый двигатель Якоби показан на рисунке (см. рисунок). Этот двигатель работает по принципу взаимодействия двух комплектов электромагнитов с подвижной и неподвижной рамами. Для создания вращающегося поля использовался коммутатор (см. рисунок).


Электродвигатель Б. Якоби 1834 г.

Коммутатор двигателя Б. Якоби
1-4 – диски коммутатора
5 – коромысло
6 – сосуд с ртутью

Конструкция двигателя Якоби имеет стержневой якорь. Магнитный поток входит в его торец. Конструкцию же кольцевого якоря первым предложил студент Пизанского университета А. Пачинотти. Конструктивно двигатель состоит из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов (см. рисунок). Якорь, имеющий форму стального кольца с зубцами, для уменьшение магнитного сопротивления, крепится на вертикальном валу. На кольце между зубцами наматываются катушки, коммутируемые коллектором внизу вала. Вращающий момент в этом двигателе практически постоянен.

Электродвигатель А. Пачинотти
1 – электромагниты
2 – кольцеобразный статор
3 – кольцевой якорь

В 1833 г. на докладе в Петербургской академии выступил с докладом Э. Ленц. В выступлении ученый сформулировал принцип обратимости электрической машины. Этот принцип следовал из сформулированного им закона, который носит его имя. В след за этим событием появились первые электромеханические генераторы. Был сделан первый шаг к появлению дешевого электрической энергии. В 1856 г. во Франции был сконструирован и построен первый мощный генератор для питания дуговых ламп маяков ( см. рисунок). Название «Альянс» совпадает с именем фирмы, организованной для их производства. В течение 1857-1865 годов было выпущено около ста таких машин. Масса одного генератора доходила до 4 тонн. Вращала его паровая машина мощностью до 10 лошадиных сил.


Общий вид генератора «Альянс»

Следующим этапом было открытие вращающегося магнитного поля и создание асинхронных машин. Опыты с вращающимся полем проводили Д. Араго, В. Бейли, Г. Феррарис. Н. Тесла писал в своей автобиографии, что идея двухфазного асинхронного двигателя родилась у него еще в 1882 г.. В области многофазных систем он получил 41 патент. В 1888 г. Тесла продал свои патенты по многофазным системам промышленнику Д. Вестингаузу. Именно, Н. Тесла предложил стандартизировать промышленную частоту в 60 Герц (диапазон предложений был от 25 до 133 Герц). Отказ инженеров Вестингауза от этого предложения послужил причиной расставания Н. Теслы с Д. Вестингаузом. Но вскоре именно эта частота была принята в США в качестве стандартной. Схематическая система Теслы представлена на рис (см. рисунок). Однако двухфазная система оказалась неудачной. Значительную долю стоимости установки составляют провода для передачи электрической энергии. Казалось очевидным, что чем меньше количество фаз, тем меньше будет число проводов. Двухфазная система требовала наличия четырех проводов. Тесла предлагал применять трехпроводную систему для передачи двух фаз. Однако это приводило к небольшой экономии, так как один провод должен был быть 1,5 раза больше сечением, чем остальные…


Схема генератора и двигателя Н. Теслы

В это самое время в Европе разрабатывалась трехфазная система. Её разработкой занимались Ч. Бредли, Ф. Хазильвандер. Наибольших же успехов добился М. Доливо-Добровольский. Именно он предложил конструкцию асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и минимальным скольжением в виде беличьего колеса (см. рисунок). Эта конструкция используется по настоящее время. Следующим шагом была замена двухфазной системы (которую кстати поддерживал Э. Симменс) на трехфазную. Она имеет лучшее распределение намагничивающей силы по окружности, меньшее ослабление поля при перекосе фаз, в минимальном варианте требует только трех проводов. Доливо-Добровольский разработал трехфазный генератор с фазным сдвигом токов в 120 градусов. Симметрия системы позволяет сэкономить 25% металла при передаче электрической энергии по трём проводам по сравнению с двумя проводами однофазной системы. Эта очевидная экономия была по-видимому главным аргументом в пользу новой системы. Весной 1889 г. был построен первый трехфазный асинхронный двигатель мощностью 100 Ватт (см. рисунок). Для улучшения пуска Доливо-Добровольский предложил фазный ротор асинхронного двигателя.

Система трехфазного тока решила проблему передачи электрической энергии на большие расстояния, так как не представляла принципиальных затруднений для трансформирования низких напряжений в высокие и наоборот. Для удешевления преобразования Доливо-Добровольский в 1889 г. изобретает трёхфазный ТС. Потом предлагает другие конструкции (см. рисунок). Конструкция трансформатора с параллельными стержнями сохранилась по настоящее время.

Варианты ротора асинхронного двигателя М. Доливо-Добровольского
a – пакет ротора из ферромагнетика
b – медные щиты
e – медные прутки, образующие «беличью клетку»


Первый трехфазный двигатель М. Доливо-Добровольского


Тс М. Доливо-Добровольского
а – с радиальным расположением сердечников;
б, в, г — «призматический» тип;
д – параллельное расположение стержней в одной плоскости;

Основные вехи в конструировании электрических машин были сделаны к концу XIX века. Появились промышленные электропривода с постоянной скоростью вращения. Это привело к замене группового привода на индивидуальный. Следует отметить, что этот переход вызывал вначале недоумение и возражения, так как станок с индивидуальным приводом стоил дороже и был сложнее, так что первая четверть ХХ века ознаменовалась борьбой «групповиков» с «индивидуалистами».

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.