Развитие высокоскоростного электропривода в нашей стране и за рубежом

Эффективность современного промышленного производства во многом определяется ростом рабочих скоростей механизмов и машин. Ряд примеров из техники показывает, что применение высоких, скоростей повышает производительность и улучшает качество выпускаемой продукции. Так, увеличение частоты вращения шпинделя виутришлифовального станка с 5000 до 20 000 об/мин снижает шероховатость обрабатываемой поверхности сразу на три класса.

Применение в деревообрабатывающей промышленности высокоскоростных электрорубанков увеличивает производительность труда и качество обработки. Сверление малых отверстий (диаметром менее 1 мм) в сепараторах подшипников при рабочей частоте вращения сверла 100 000 об/мин значительно повысило стойкость инструмента, качество отверстий, производительность труда.

В машиностроении существует целый класс высокоскоростных машин и аппаратов, у которых рабочий орган выполнен в виде ротора, вращающегося с частотами в диапазоне от 4000 до 20 000 об/мин, причем в роторе протекает определенный технологический процесс. К таким машинам относятся центробежные жидкостные сепараторы, вентиляторы, центрифуги и ультрацентрифуги, центробежные распылительные сушилки, дробилки различного назначения и т. д.

Для обеспечения столь (высоких частот вращения в перечисленных устройствах требуется конструировать и рассчитывать приводные устройства с достаточным запасом прочности и хорошо отбалансированными вращающимися частями. Эти требования обеспечиваются современным автоматизированным электроприводом, при помощи которого возможно рациональное ведение технологического процесса.

В кинематическую схему высокоскоростных электроприводов обычно входят силовая часть, включающая собственно электродвигатели и механические передаточные звенья для передачи механической энергии рабочему органу, и устройство управления, содержащее командные органы и защитные средства.

Механические передаточные звенья не только увеличивают массогабаритные характеристики машин, но ненадежны и недолговечны в работе. Мультипликаторы с зубчатым зацеплением шестерен, с ременными передачами, механические вариаторы скоростей значительно ухудшают к. п. д. привода, создают дополнительные шумы и вибрации, требуют внимательного ухода.

Развитие электродвигателя всегда было в направлении сближения двигателя с производственным механизмом и исключения промежуточных передач. Поэтому возможен технически более совершенный вариант высокоскоростного электропривода, когда из схемы привода полностью исключены механические передаточные звенья. В этом случае возможно непосредственное соединение электродвигателя с рабочим органам машины и даже их полное конструктивное совмещение. Для получения необходидимой частоты вращения, а часто и для ее регулирования в схему электропривода входят преобразователи электрической энергии.

Для двигателей постоянного тока в настоящее время применяются тиристорные преобразователи, для двигателей переменного тока—преобразователи частоты, которые могут быть электромашинными или статическими (электромагнитными или полупроводниковыми). Последние весьма перспективны, но по экономическим соображениям наибольшее распространение пока имеют электромашинные преобразователи частоты.

Процесс развития высокоскоростного электропривода в нашей стране и за рубежом удобно проследить на примере электропривода жидкостного центробежного сепаратора. В настоящее время можно назвать не менее 50 отраслей народного хозяйства, где находят применение сепараторы, а именно: молочная, химическая, маслобойно-жировая, крахмало-паточная, нефтяная, микробиологическая и т. п.. Количество технологических операций с применением сепараторов составляет более 10 с удельным весом процессов сепарирования до 85% общего объема технологических операций внутри каждой из названных отраслей.

Сепаратор изобрел в 1878 г. крупнейший ученый Густав де Лаваль, прославивший свое имя также, когда изобрёл котлы высокого давления, паровые турбины, первый корабль на воздушной пленке. Ротор сепаратора - это массивный барабан, в котором происходит технологический процесс разделения жидких эмульсий или суспензий на составные части под влиянием центробежных сил. Лаваль установил ротор на вертикальный вал - веретено, приводимое во вращение вручную посредством шнурового шкива. При этом барабан развивал частоту вращения до 8000 об/мин. Вскоре был применен конный привод, где использовалась тяговая сила животных. Понимая несовершенство ручного и конного привода, Лаваль изобрел и построил первую в мире паровую турбину для привода молочного сепаратора.