1.4. История возникновения электропривода

В промышленности одними из самых распространённых процессов являются механические процессы. Поэтому с развитием электротехники появляется стремление электрифицировать эти процессы, используя электропривод для привода в движение исполнительных механизмов различных рабочих машин.

История зарождения электропривода связана с именем выдающегося российского электротехника Бориса Семёновича Якоби (1791 – 1874 гг.), который родился в Потсдаме, в 1829 г. окончил Геттингентский университет. Изучив работы М. Фарадея и Д. Генри, Б.С. Якоби в 1834 г. конструирует электродвигатель с вращательным движением. В 1835 г. получает приглашение занять должность профессора в Дерптском университете и переезжает в Россию, где в 1836 г. открывает явление гальванопластики.

В 1837 г. Якоби, приняв русское подданство, принял православную веру, получил при крещении имя и отчество Борис Семенович (отца Якоби звали Симон). Переехав в Петербург, Якоби начинает работу с академиком Санкт-Петербургской Академии наук Э.Х. Ленцем по усовершенствованию электродвигателя [3].

Первый прообраз электропривода лодки с тяговым электродвигателем был реализован Б.С. Якоби в 1837 г. В 1838 г. на Ижорском заводе был изготовлен более мощный электродвигатель и были проведены испытания на Неве первого в мире судна, приводимого в движение электродвигателем, получающим ток от гальванической батареи. Катер, движимый электромеханической силой, развивал скорость до 2,2 км/ч и перевозил 12 человек. Двигатель лодки представлял собой агрегат из 40 небольших двигателей, размещенных по 20 штук на двух валах в деревянной станине. Для питания током обмоток электромагнитов на «электрическом боте» [8] были установлены 320 гальванических элементов. Направление тока в обмотках подвижных электромагнитов изменялось кольцевыми коммутаторами. Вращающий момент электродвигателя с помощью конических шестерен передавался на горизонтальный вал гребных колес, расположенных по обоим бортам бота. Первые успешные испытания с двигателем подобной конструкции мощностью около 180 Вт, установленном на восьмивесельном боте длиной 7,5 м, шириной 2,3 м и осадкой 0,65 м, были осуществлены Б.С. Якоби 13 сентября 1838 г. на Неве. В последующих опытах мощность двигателя была увеличена до 550 Вт. Это событие можно считать началом развития электропривода как технической системы, так как испытания электрического бота доказали реальную возможность применения электричества для получения механического движения в промышленных целях.

В поисках наиболее надёжного электрического генератора Б.С. Якоби в 1842 г. создаёт электромагнитный генератор, получивший широкое применение для взрывания электрических мин.

В 1850 г. Б.С. Якоби опубликовал очень важную статью «О теории электромагнитных машин», в которой содержится первый научный анализ работы электродвигателя [14].

Отсутствие дешевых и надежных источников энергии, а также технических средств её передачи не позволило во времена Б.С. Якоби использовать электропривод на промышленных предприятиях. Однако его изобретения сыграли исключительную роль, показав принципиальную возможность применения электропривода для практических целей.

Испытания следующего катера с электроприводом состоялись в России лишь осенью 1883 г. в Выборгском заливе по заданию Морского министерства. На шлюпке длиной 6,1 м и шириной 2 м был установлен двигатель массой 600 кг, а также три аккумулятора общей массой 2,2 т. Однако мощность гальванической батареи оказалась недостаточной: скорость катера была около 8,7 км/ч, а батареи аккумуляторов хватало только на 45 минут хода.

Лишь в конце ХIХ в. были разработаны применимые для более широкой практики двигатели постоянного тока, широко демонстрирующиеся на выставке в Вене (1873 г.), Париже (1881 г.), Мюнхене (1882 г.). Их стали более широко использовать в составе электрического привода.

Одной из наиболее крупных машин переменного тока в то время являлся двухфазный генератор английского инженера Дж. Гордона (1882 г.). Машина имела мощность 115 кВт, напряжение 105 В при скорости вращения 146 об/мин, массу 18 т и вырабатывала ток частотой 40 Гц.

К первым применениям электродвигателей в практических целях можно отнести: электрический трамвай Ф.А. Пироцкого (1880 г.), электрическую швейную машинку (1882 г.) и вентилятор (1886 г.) В.Н. Чиколева, электрификацию некоторых артиллерийских механизмов на русских судах «Россия» и «Веста» (1887 г.), судовые электрические подъёмники и рулевые механизмы (1890–1892 гг.), металлургические машины на ряде американских заводов, оборудованные электроприводами постоянного тока с управлением при помощи контакторов и командоконтроллеров (1890–1893 гг.).

До начала 1890-х годов применение электропривода носило эпизодический характер. Положение коренным образом изменилось с изобретением и применением асинхронных электродвигателей. В достаточно короткое время этот тип двигателя занял доминирующее положение в системе электропривода на промышленных предприятиях.