Вдосконалення електроприводу і упровадження електроенергії в технологічні процеси виробництва

 

З початку XX ст. в силовому апараті виробництва відбувається розширення сфери вживання електроприводу, що є основою комплексної механізації і автоматизації виробничих процесів в промисловості.

У області електрифікації робочих машин украй важливим є розвиток електроприводу, упровадження найдосконаліших типів електроприводів: перехід до одиночного (індивідуального) і – головне – багаторуховому електроприводу з широко розвиненою системою регулювання і автоматики. У тому випадку, коли кожний робочий орган єдиної машини приводиться в рух окремим електродвигуном, основою розвитку електроприводу є розвиток автоматичного управління його роботою. Багаторуховий електропривод, що забезпечує автоматичне виконання виробничих операцій і узгодження окремих рухів, тобто автоматизований електропривод, набув величезне поширення, бо за рахунок більш точного і плавного регулювання швидкості підвищується продуктивність верстата і полегшується праця робітників.

Саме у зв'язку з розвитком автоматики, як регуляторів струму, широке поширення набули генератори постійного струму. Велике значення при цьому мало розповсюдження регульованого електроприводу постійного струму, живленого від окремого генератора (система "генератор-двигун" або від іонного перетворювача, наприклад ртутного випрямляча (система "іонний перетворювач - двигун"). Дослідження в цій області почалися в 90-х роках XIX ст. Надалі вони привели до значного спрощення кінематики виробничих машин і зменшення числа вузлів тертя між електродвигуном і робочим органом.

З широким розвитком систем автоматичного регулювання велике поширення набули так звані електромашинні регулятори, або підсилювачі, – ЕМП, що є одним з найважливіших елементів систем автоматизованого електроприводу. Все ширше стали застосовуватися електронно-іонні (лампові), потім магнітні, а останніми роками напівпровідникові підсилювачі. За допомогою малих потужностей ці підсилювачі дозволяють управляти крупними механізмами. Електромашинні підсилювачі (ЕМП) почали розповсюджуватися в кінці 30-х років і в даний час широко використовуються в промисловості.

Нарешті, треба звернути увагу на швидкий розвиток малих електродвигунів потужністю менше 0,5 л.с. і мікродвигунів потужністю 0,001-0,0005 л.с. За останні роки особливо розвинулася область спеціальних малих двигунів для потреб автоматики, авіації, рахунково-вирішальних пристроїв, а також для побутових електроприладів (наприклад, електробритв).

Упровадження електрики йде по лінії обробки деталей і виробів (вживання індукційного нагріву в поєднанні з механічною обробкою за допомогою струмів високої частоти, анодно-механічна обробка металів, електрохімічний і електроіскровий способи обробки металів і ін.).

Для нагріву металу в рідкому середовищі при хімічній або хіміко-термічній обробці (гарті, відпустці і ін.) застосовуються ванні печі, в яких нагрівання середовища і підтримку заданої температури можна здійснювати за допомогою електрики (внутрішній обігрів ванної печі). Переваги електронагріву – хороше використовування тепла, можливість досягнення щонайвищих температур, зручності регулювання температури ванни, можливість отримання чистого металу. Нагрів металу за допомогою електрики знайшов широке вживання в техніці як при механічній (в основному тиск), так і при термічній обробці. Великий інтерес представляють електричні печі (феросплавні, сталеплавильні, термічні і ін.), які зараз широко використовуються в металургії. Місткість електроплавильних печей досягає 180 т, а потужність - до 34000 кВт в одному агрегаті.

Ідея використовування електричного струму для плавки металу виникла давно – на самому початку XIX ст. Але умови для упровадження електрики в металургію склалися лише в XX ст., коли будівництво економічних теплових електростанцій і особливо гідроелектростанцій сприяло різкому зниженню вартості електроенергії. З другого боку, в XX ст. різко зріс попит на леговану сталь.

Вперше електрична енергія починає застосовуватися в печах як джерело тепла у Франції в 90-х роках XIX ст. В 1898-1899 рр. винахідники Э. Стассно в Італії і П. Еру у Франції створили цілком працездатні дугові печі для плавки сталі, а також для рудовідновлювальної плавки, які одержали потім широке практичне вживання.

Особливий інтерес заслуговують індукційні електропечі, в яких тепло виділяється в матеріалі, що нагрівається, в результаті збудження в ньому вихрових струмів (якщо матеріал – електричний провідник) або за рахунок діелектричних втрат (якщо матеріал – діелектрик).

Виділення тепла в матеріалі, викликане змінними магнітними і електричними полями, було відоме ще в XIX ст. Довгий час з цим явищем боролися. Проте в нашому столітті ці, здавалося, цілком не бажані, явища вдалося не тільки використовувати в техніці для певної мети, але при цьому і значно усилити. В результаті був одержаний новий метод технологічного нагріву, значною мірою обумовлений розвитком техніки високих частот – в основному радіотехніки.

Потребу в нових, високоміцних і спеціальних сталях стимулював розвиток нових методів термообробки, зокрема поверхневого гарту, а також плавки металів. Широке вживання у ряді галузей народного господарства одержав індукційний нагрів різних неметалічних виробів і матеріалів (наприклад, сушка деревини і кераміки струмами високої частоти).

За роки після другої світової війни в промисловій електротермії з'явився новий напрям, пов'язаний зі все більш широким вживанням нагріву діелектриків (а також напівпровідників) в електричному полі – діелектричний нагрів. В цьому випадку матеріал, що нагрівається, знаходиться в електричному полі конденсатора, до якого підведена напруга високої частоти; струми в матеріалі викликають виділення в ньому тепла і його нагрів. Такий нагрів використовується при швидкісній сушці деревини, паперу, пряжи, зерна, для склеювання деревини, зварювання і пресування пластмас, вулканізації каучуку і т.д.

Нарешті, в області вживання струмів високої частоти слід зазначити перспективи переходу транспорту на систему безконтактного наземного високочастотного електротранспорту.

Одним з найважливіших вживань електрики в XX ст. є електрозварювання. В 1927 р. Д. Дульчевским був розроблений спосіб дугового електрозварювання міді під шаром порошкоподібного пальної речовини (флюсу), що лягло в основу розробленого пізніше в СРСР способу автоматичної зварки. В 1932 р. К.К. Хреновым був розроблений спосіб підводної зварки електродугою і різання металів. Перед другою світовою війною в результаті робіт академіка Е.О. Патона була освоєна і упроваджена в промисловість автоматична швидкісна зварка під шаром флюсу, що нині одержала широке вживання в промисловості.

Висновок

 

За останні 40-50 років електроенергетична техніка зазнала великі якісні і кількісні зміни. Невимірно збільшилися потужності електростанцій. Найважливіше значення придбали найбільші ГЕС. Широкий розвиток одержали електричні мережі і енергетичні системи. В десятки разів збільшилися одиничні потужності турбогенераторів теплових електростанцій. Одержали повний розвиток установки теплофікацій. Автоматика проникла як в область виробництва електроенергії (наприклад, централізоване управління гідростанціями), так і в область її використовування (удосконалення електроприводу). Швидко росте вживання електрики безпосередньо в технологічних процесах виробництва. Наприклад, створені перші могутні атомні електростанції. Разом з тим електрична енергія стала широко використовуватися і в побуті.

 

Література

 

1. Аптекарь М.Д., Рамазанов С.К., Фрезер Г.Е. История инженерной деятельности. – Киев: изд-во «Аристей», 2003.

2. Электрик – журнал – 2008, №4, с.52-69