1.4. Значение электропривода в народном хозяйстве и основные направления его дальнейшего развития
Решения партии и правительства предусма-тривают всемерное повышение эффективности обществен-ного труда и улучшения качества продукции на базе уси-ления его электровооруженности и автоматизации произ-водства. Между электровооруженностью труда и его про-изводительностью существует прямая зависимость: за пос-ледние десятилетия производительность общественного тру-да в промышленности СССР повышается приблизительно на столько процентов, на сколько повышается его электро-вооруженность. В связи с этим большое значение для промышленности СССР приобретают вопросы, связанные с развитием электропривода. Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооруженности труда и является благодаря своим преимуществам по сравнению со всеми другими видами приводов основным и главным средством автоматизации рабочих машин и производственных процессов.
Если сравнить мускульную работу человека и работу электрической машины, то получится разительный эффект. В течение рабочего дня один человек может при помощи мускульной энергии выработать около 1 кВт-ч. Отметим кстати, что стоимость 1 кВт-ч энергии, полученной от мощной гидроэлектростанции, составляет не более 1 коп. В высокоэлектрифицированных отраслях промышленности установленная мощность электродвигателей в среднем на одного рабочего составляет 4—5 кВт, что при семичасовом рабочем дне дает потребление в 28—35 кВт-ч. Это означает, что рабочий управляет механизмами, работа которых за смену эквивалентна работе 28—35 чел. Для
отдельных рабочих-новаторов производства, а также для рабочих, управляющих сложными агрегатами, эти соотноше-ния значительно выше.
Рост электрификации и автоматизации и создание на этой базе более совершенных машин ведут к огромному повыше-нию производительности труда. Поэтому при решении вопроса о рациональном электроприводе было бы непра-вильно исходить только из чисто энергетических сообра-жений, т. е. оценивать привод только с точки зрения по-требления энергии на единицу продукции. Конечно, борьба за экономию электроэнергии требует уменьшения расхода энергии и является дополнительным источником энергети-ческих ресурсов в промышленности. Однако решающим фактором в оценке электропривода является его влияние на производительность рабочей машины и себестоимость продукции. Себестоимость единицы продукции определя-ется по формуле
А = (а + б + в + г)/Б,
где а — затраты на сырье; б — затраты на рабочую силу; в — затраты на электроэнергию; г — накладные расходы; Б — общее количество продукции, выработанное за время, к которому отнесены составляющие числителя.
С увеличением продукции Б растут пропорционально и затраты на сырье а, но затраты на рабочую силу б и накладные расходы г возрастают значительно меньше, а стоимость электроэнергии в играет относительно малую роль, составляя всего лишь 3 — 8 % общей суммы числи-теля.
Решающим является то, что правильно спроектирован-ный электропривод увеличивает количество продукции Б, т. е. приводит к увеличению знаменателя приведенного выше выражения и определяет, таким образом, снижение себестоимости продукции. Широкое внедрение рациональ-ного электропривода коренным образом изменяет условия производственной работы, повышая производительность, улучшая качество продукции и облегчая труд рабочего. В этом состоит существенное значение электропривода для народного хозяйства Советского Союза.
Отечественная техника в короткие сроки создает образцы электропривода более совершенные, а развитие советской теории электропривода обеспечивает правильный путь в решении основных проблем и вопросов.
Современный автоматизированный электропривод пред-ставляет собой сложную электромеханическую систему, которая управляет, например, мощными, в несколько десятков тысяч киловатт, аэродинамическими трубами, где осуществляется моделирование условий, аналогичных тем, какие возникают в полете летательных аппаратов, или реверсивными прокатными станами, в которых двигатели постоянного тока мощностью каждый в 10 000 кВт более 1000 раз в течение 1 ч, т. е. примерно за каждые 3 с, ме-няют свое направление вращения, обеспечивая автомати-чески прокатку заготовки. Основные блоки системы управ-ления прокатным станом реализуют: ввод данных, слеже-ние за материалом, регистрацию измеряемых данных про-цесса прокатки, автоматическую адаптацию и оптимальное по времени регулирование процесса и другие функции. В режиме адаптации используются УВМ.
Автоматизация управления станами горячей прокатки с помощью УВМ позволяет выпускать продукцию высокого качества. Кроме увеличения производительности труда и улучшения качества продукции в результате применения УВМ высвобождается большое число обслуживающего персонала.
Автоматизированный электропривод развивает колос-сальные мощности для сообщения значительной скорости, высокой маневренности и большой надежности огромным морским и океанским судам различного назначения. На-конец, автоматизированный электропривод — это силовая энергетическая основа мощных экскаваторов, магистраль-ного электрического транспорта, уникальных металлоре-жущих станков, огромных радиотелескопов и т. д., управ-ляемых с помощью систем автоматики, обеспечивающих оптимальные режимы работы.
Пределы использования по мощности современного элек-тропривода весьма велики — от десятков тысяч киловатт в единичном двигателе до долей ватта.
Для привода доменных воздуходувок применяются двигатели переменного тока мощностью до 50 МВт. Такие двигатели могут иметь частоту вращения до 3000 об/мин.
В измерительной, информационной технике, специаль-ном приборостроении используются двигатели мощностью в сотые доли ватта.
Диапазон изменения номинальных частот вращения также имеет весьма широкие пределы. Так, известны без-редукторные электроприводы, частота вращения которых
составляет единицы и десятки оборотов в минуту. С дру-гой стороны, в специальных испытательных стендах, пре-цизионных металлорежущих станках и в других объектах в настоящее время применяются высоко- и сверхскоростные (до 200 000 об/мин) бесконтактные электродвигатели пере-менного тока, управляемые тиристорными преобразователями частоты.
Системы автоматического управления электроприводами постоянного и переменного тока, в которых используются все достижения полупроводниковой техники, а также возможности электронной вычислительной техники, поз-воляют существенно упростить конструкции производствен-ных механизмов, повысить их точность и поднять произ-водительность, т. е. способствовать техническому прогрессу.
Использование средств дискретной техники в системах управления приводами постоянного тока расширяет диа-пазон регулирования скорости до (10 000—15 000) : 1 и выше.
Широкая автоматизация механизмов на базе следящих систем электроприводов, систем с цифровым программным управлением и средств комплексной автоматизации -обширная и весьма важная развивающаяся область авто-матизированного электропривода. Иллюстрацией резуль-тата такой автоматизации может служить быстрая и точ-ная отработка команд по заранее предусмотренной про-грамме на небольшом фрезерно-расточно-сверлильно-резь-бонарезном станке с цифровым программным управлением. Станок, представляющий собой по существу небольшой обрабатывающий центр, предназначен для выполнения с помощью шести шпинделей на револьверной головке автоматического фрезерования, расточки, зенкования и нарезания резьбы. Выбор операций и управление всеми функциями осуществляется без вмешательства оператора системой программного управления по трем координатам с заданием программы на перфорированной ленте.
В машинах-автоматах будущего, в которых будут широко использованы возможности автоматизированного электропривода, должен развиваться принцип адаптации, т. е. автоматического приспособления к изменению усло-вий работы и выработки оптимального режима.
В условиях массового и крупносерийного производ-ства, где применяются поточные линии, роль автоматизи-рованного электропривода приобретает особое значение. Такие автоматические линии включают большое число
электроприводов, объединенных сложной системой управ-ления, обеспечивающей интенсифицированный режим ра-боты, логическую бесперебойную последовательность управ-ления многочисленными механическими, гидравлическими и электрическими устройствами.
Комплексная автоматизация других объектов, напри-мер поточно-транспортных систем, доменного и прокат-ного производства, бумагоделательных агрегатов и т.д. на базе широкого применения автоматизированного элек-тропривода с использованием УВМ, способствует повыше-нию производительности труда, улучшению качества про-дукции.
Развитие автоматического управления электроприво-дами ведет к совершенствованию конструкций машин, коренным изменениям технологического процесса, к даль-нейшему техническому прогрессу в промышленности, сель-ском хозяйстве, транспорте и т. п.
ГЛАВА ВТОРАЯ
МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1. Приведение моментов и сил
сопротивления, инерционных масс и моментов инерции
Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдель-ные элементы которой движутся с различными скоростями. Примерная кинематическая схема электропривода с вра-щательным движением исполнительного механизма пред-ставлена на рис. 2.1.
Часто в рабочих механизмах один из элементов совер-шает вращательное движение, другие — поступательное, например, в таких машинах, как подъемник (рис. 2.2), кран, строгальный станок и т. п.
Механическая часть электропривода может представ-лять собой сложную кинематическую цепь с большим числом движущихся элементов. Каждый из элементов реальной кинематической цепи обладает упругостью, т. е. деформируется под нагрузкой, а в соединениях элементов имеются воздушные зазоры. Если учитывать эти факторы, то расчетная схема механической части привода будет