Краткая история развития электропривода

Начало развития электропривода было положено в первой половине 19-го века на основе работоспособных образцов электрического двигателя. Первое практическое использование электродвигателя постоянного тока, оснащённого другими характерными элементами электропривода: механической передачей, органами управления и т.п. – и обеспечивающего движение катера по р. Неве, относят к 1834-1838гг. и связывают с именем академика Б.С. Якоби. Эта работа получила мировое признание, однако несовершенство технических средств и, главным образом источника питания – громоздкой гальванической батареи – не позволило блестящему изобретению Б.С. Якоби и работам его последователей найти широкое практическое применение. И только в 70-е годы 19-го века были разработаны практически применимые двигатели постоянного тока, демонстрировавшиеся на выставках в Вене, Париже, Мюнхене.

Условия для массового развития электропривода создались в конце девятнадцатого века благодаря открытию в 1886г. Г. Феррарисом и Н. Тесла явления вращающегося магнитного поля, положившего начало создания многофазных электродвигателей переменного тока. Благодаря комплексу выдающихся работ М.О. Доливо-Добровольского, предложившего и реализовавшего в 1888г. трёхфазную систему передачи энергии переменного тока и разработавшего в 1889г. трёхфазный асинхронный двигатель с распределённой обмоткой статора и короткозамкнутым ротором в виде беличьего колеса.

Конец девятнадцатого – начало двадцатого веков характеризуется строительством электрических станций и развитием электрических сетей. Централизованная выработка электроэнергии с её последующим распределением послужила основой для создания промышленного электропривода.

На смену групповому электроприводу с паровым или гидравлическим первичным двигателем и механическому распределению энергии пришёл групповой электропривод. Более 25 лет шла борьба между групповым и индивидуальным электроприводом, которая завершилась полным признанием индивидуального электропривода, который внедрялся на вновь строящихся предприятиях.

В России большую роль в развитии массового индивидуального электропривода сыграл план ГОЭЛРО по реконструкции старых м строительству новых электростанций, развивалась отечественная электротехническая промышленность. Одновременно электропривод вытеснял все виды механического привода. Так, мощность электродвигателей по отношению с общей мощностью установленных двигателей в 1890г. составила 5%, в 1927г. – 75%, к 1950г. – 100%.

В период интенсивного перехода к индивидуальному электроприводу, который в России практически завершился к 1934г., во всех новых производствах появилось большое количество различных типов электроприводов. В регулируемом электроприводе малой и средней мощности первое место заняли и не уступают его по настоящее время асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, а в мощных электроприводах – синхронные двигатели. Регулируемые электроприводы были весьма разнообразны: широко использовались двигатели постоянного тока с различными схемами возбуждения при реостатном регулировании или при ослаблении магнитного потока, асинхронные двигатели с фазным ротором, коллекторные двигатели переменного тока, двигатели Бушеро и т.п.

Наибольшее применение в регулируемых электроприводах средней и большой мощности в этот период и в дальнейшем нашла предложенная ещё в конце 19-го века система Вард-Леонарда (генератор-двигатель), состоящая из нескольких электрических машин, но обладающая отличными регулировочными свойствами, как в статике, так и в динамике.

К началу 40-х годов 20-го века электромеханическая часть электропривода приобрела современные черты – это индивидуальный и многодвигательный электропривод. Его характерной особенностью оставалось релейно-контакторное управление, хотя уже стали применяться системы непрерывного управления, основанные на применении замкнутых структур с использованием усилителей различных типов. В 1935г. во Всесоюзном электротехническом институте (ВЭИ) разработана система электропривода с преобразователем на тиратронах – прообраз широко распространённых сейчас регулируемых электроприводов по системе статический преобразователь – двигатель. Большую роль в развитии регулируемого электропривода в металлургии сыграла система управляемый ртутный выпрямитель – двигатель (УРВ-Д), введённая в производство с 1949 года.

В послевоенные годы в ведущих лабораториях мира произошёл прорыв в области силовой электроники на твердотельных элементах, изменивший многие сферы техники, и в частности, электропривод. В 1948 году Дж. Бардин и В. Браттейн (Белловская лаборатория, США) создали первые транзисторы. В технику электропривода стали внедряться электронные ключи и построенные на их основе устройства.

Революционное воздействие на технику электропривода оказал тиристор – мощный полууправляемый ключ, созданный в 1955г. усилиями Дж. Молла, М. Таненбаума, Дж. Голдея, И. Голоньяка (США). Появление тиристоров на тысячи вольт и большие токи при малых падениях напряжения в проводящем состоянии позволило полностью отказаться от систем УРВ-Д и перейти на управляемые тиристорные преобразователи в электроприводах постоянного тока (системы ТП-Д).

Работы Ф. Блашке (ФРГ), опубликованные в начале 70-х годов, положили начало созданию систем асинхронного электропривода с векторным управлением.

В СССР получили развитие начатые ещё в начале 40-х годов (А.А. Булгаков, М.П. Костенко) перспективные работы в области частотно-регулируемого электропривода. В трудах А.С. Сандлера и его учеников в 70-х годах нашли отражение вопросы построения преобразователей с автономными инверторами на доступной в то время элементной базе – тиристорах. Здесь же были сформированы и детально исследованы принципы автоматического управления электропривода с преобразователем частоты.

Транзисторы и многочисленные устройства на их основе позволили перейти к практической реализации ряда эффективных идей в области систем управления электропривода.

Наиболее плодотворной оказалась идея, предложенная ещё в середине 50-х годов Кесслером (ФРГ) и состоящая в подчинённом регулировании координат электропривода с последовательной коррекцией. Во ВНИИ Электропривод в 60-70-е годы были созданы нашедшие широкое применение в промышленности комплексы средств управления электропривода – аналоговая ветвь УБСР-АИ и цифровая ветвь УБСР-ДИ.

Создание в США на границе 60-70-ч годов однокристальных микропроцессоров и программируемых контроллеров ознаменовало новую эру в сфере управления электропривода – микропроцессорному управлению координатами.

Глубокие изменения в развитие электропривода внесла новая элементная база силового канала в массовых устройствах - полностью управляемые ключи на токи до 600А, напряжение до 1200В с частотами 30кГц и выше, появившиеся на рынке в последние 15-20 лет, и средства управления ими. В последние годы на рынке появились IGBT-модули на токи до 3600А и напряжением до 6500В.

В последние годы в мире отчётливо сформировались и интенсивно реализуются тенденции: переход от регулируемого электропривода к регулируемому в массовых применениях и от систем регулируемого электропривода постоянного тока к регулируемым частотно-управляемым электроприводам переменного тока.