Революционная роль электродвигателя в системе машин

Процесс вытеснения пара электричеством совершался параллельно с прогрессом методов генерирования и передачи электроэнергии на расстояние, с успехами в создании электродвигателей и в разработке рациональных систем электропривода.

Основной технический вопрос, который стоял в начале 900-х годов перед инженерами по электрооборудованию промышленных предприятий, заключался в выяснении преимуществ групповой и одиночной систем привода. Актуальность этого вопроса проистекала из потребности найти наиболее экономичный способ передачи и распределения механической энергии.

Первоначально полагали, что одиночный привод требовал лишь дополнительных расходов на новые двигатели и электрическую передачу энергии. На старых предприятиях замена крупногруппового привода одиночным затруднялась или просто была невозможна из-за отсутствия места для расстановки электродвигателей. Поэтому переход к одиночному электроприводу на предприятиях с налаженным производством был сопряжен с коренной реконструкцией цехов.

Чтобы судить об экономичности различных систем привода, изучали эксплуатационный опыт и ставили специальные эксперименты. Такие исследования проводились в Германии, Франции, России и других странах. В первом десятилетии XX в. довольно отчетливо стали вырисовываться достоинства и недостатки обеих систем. Одиночный привод был гигиеничнее и безопаснее, сокращал время обработки сырых материалов и увеличивал производительность труда. Его чаще применяли в тех случаях, когда станки располагались на большой площади, а время их работы не совпадало. Групповой привод все еще одерживал верх при коротких трансмиссиях и тогда, когда нужно было приводить в движение серии станков, мощности которых не превосходили 3 — 5 л. с.

Первое десятилетие XX в. ознаменовалось существенными усовершенствованиями электрических машин. В эти годы развернулись научные исследования физических процессов в электромагнитных механизмах. Качество электрических машин удалось заметно повысить с получением новых ферромагнитных сплавов, идущих на изготовление остова. Например, в Германии были получены сплавы, отличавшиеся большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, что обеспечивало незначительные потери энергии в железе. Уточненные методы расчета, освоение рациональной технологии обработки деталей и разработка эффективных конструктивных форм также содействовали успеху.

Все эти меры вели к уменьшению веса и снижению стоимости двигателей. Особенно сильно подешевели мелкие двигатели. По данным немецкого проф. Кюблера, цена двигателя переменного тока мощностью 1 л. с. упала с 450 марок в 1900 г. до 160 марок в 1908 г. Снижение цен прямо зависело от усовершенствования электродвигателей: за это же время затрата материалов на изготовление асинхронных двигателей сократилась более чем в два раза. Заметно уменьшился и вес машин постоянного тока..

Наряду с массовым выпуском наиболее ходовых двигателей ведущими мировыми электротехническими фирмами («AEG», «General Electric», «Westinghouse», «Siemens & Halske», «Brown, Boveri & GG» и др.) осваивались электродвигатели специального назначения, предназначенные для привода наиболее ответственных исполнительных механизмов: прокатных станов (мощностью 10, 15 и даже 17 тыс. кВт), горнозаводского оборудования, в том числе подъемников, вентиляторов и т. п. Разработка специальных электродвигателей получала все большее развитие по мере того, как внедрялась новая форма организации производства — массовое производство, характерной чертой которого становилась специализация машин и инструментов.

Распространению одиночного электропривода содействовали достижения в создании электрических средств регулирования скоростью. Был создан встроенный одиночный привод, при котором двигатель и рабочая машина представляли собой единую конструкцию. Существенно упрощалась кинематика станков, повысилась их производительность, уменьшился расход энергии. Такой вид привода представлял собой более высокую ступень развития систем передачи энергии и получил со временем название индивидуального привода. Его появление было необходимой предпосылкой для создания автоматических электроприводов. Однако его применение в начале XX в. носило еще эпизодический характер.

На повышение экономичности электропривода влияли успехи общего машиностроения и металлургии. Вместе с улучшением качества сталей повышались допустимые скорости вращения станков, что позволяло сблизить электрический двигатель и машину-орудие, отказываясь от промежуточных механических передач. Повышение скорости резания при введении инструментов из новых, более стойких материалов также заставляло конструкторов приближать двигатель к исполнительному механизму.

Эти и некоторые другие факторы способствовали распространению одиночного привода, нашедшего первоначально наибольшее применение в промышленности США. Статистические данные свидетельствовали о быстром снижении средней мощности выпускавшихся американской промышленностью электродвигателей: в 1907 г.— 3,71 л. с, а в 1908 г.— 3,26 л. с. Такие электродвигатели применяли в прогрессировавшем в тот период одиночном электроприводе. Массовое применение одиночного привода за границей и в России началось в текстильном производстве.

К началу 900-х годов относится появление еще одного звена в эволюции систем привода — зарождение многодвигательных агрегатов. Прежде всего нашли применение электрифицированные мостовые краны с отдельным двигателем для каждого рабочего движения. В 1905 г. в США был запатентован многодвигательный электропривод для бумагоделательной машины; вскоре получил признание многодвигательный привод крупных шлифовальных станков, выпускавшихся заводом «Рейнекер» (Германия).

Несмотря на появление прогрессивных форм привода, преобладающим оставался групповой и реже — одиночный с ременной передачей от двигателя к машине-орудию. Тем не менее революционизирующее воздействие электропривода проявилось в полной мере в промышленном производстве в начале 900-х годов. Ни одно вновь вводимое крупное предприятие не ориентировалось на старый, трансмиссионный способ передачи механической энергии.

Другая техническая проблема при электрификации силовых процессов заключалась в рациональном выборе системы токов: постоянного или переменного трехфазного. Двигатели постоянного тока удерживали первенство там, где требовалось удобное и экономичное регулирование скорости вращения в широких пределах, а также при частом реверсировании. Выбор двигателей того или другого рода тока нуждался в индивидуальном решении.

Постепенно практика убеждала в большей надежности асинхронных двигателей при массовой электрификации машин-орудий. По американской статистике за 1905 г., на долю коллекторов и щеткодержателей машин постоянного тока приходилось 28% всех повреждений в электрических установках. По немецким данным за 1912 г., выход из строя электродвигателей постоянного тока составлял 11,5%, а для электродвигателей переменного — 9%.

Проникновение электрической энергии в промышленность явилось основным стимулом развития и укрупнения электростанций — фабрик по производству электрической энергии.

Шухардин С. "Техника в её историческом развитии"