До и после Победы. Книга 1
Шрифт:
Человеку такое сделать довольно сложно, поэтому для управления двигателями создают контроллерные устройства, которые сдвигом или поворотом одной-двух рукояток позволяют переключить несколько регуляторов - усилия, прикладываемые человеком к рукоятке управления, через кулачки и тяги идут к переключателям, а то, как эти усилия пойдут, закладывается в механической и электрической схеме контролера. Например, синхронный двигатель переменного тока сначала запускается как асинхронный, для чего в нем делают короткозамкнутую обмотку по типу беличьего колеса - и только после запуска подключаются рабочие обмотки - причем на асинхронном режиме двигатель должен набрать как минимум 95% оборотов - и только тогда он входит в синхронный режим. То есть короткозамкнутая обмотка должна обеспечить разгон до таких скоростей при расчетной механической нагрузке. А для мощных двигателей - более 200 кВт - экономичнее именно синхронные, чем асинхронные.
Важны и пусковые характеристики разных двигателей, ведь при пуске двигатель потребляет больший ток - причем чем выше номинальная скорость вращения двигателя, тем будет выше и превышение пускового тока над номинальным - вплоть до семи крат. И не всякая сеть может выдержать такие токи, поэтому может потребоваться запуск двигателей от меньшего напряжения, чтобы снизить и пусковой ток - например, подключая двигатель через понижающий трансформатор, а после запуска - переключая на нормальное напряжение. Ну или перекоммутировать обмотки статора - при пуске включать их по схеме треугольника, а потом переключать на звезду. Снова появляются дополнительные управляющие цепи.
Управление скоростью вращения двигателя также делается на разных схемах. Могут включить в цепь обмоток сопротивление - оно уменьшает ток через обмотки, соответственно, меняется магнитный поток обмотки статора, либо якоря, либо и то и другое. Причем дополнительным сопротивлением, шунтирующим якорь, могут сделать более пологие характеристики двигателя на малых оборотах - то есть уменьшить падение оборотов в зависимости от нагрузки.
Наиболее мягко позволяют регулировать обороты двигатели постоянного тока, вот только получить его - проблема, так как в основном промышленные сети несут переменный ток. Чтобы из переменного получить постоянный, применяют несколько схем. Во-первых, это выпрямители - механические или электрические. В первых электромагнит колеблется с частотой электросети, и с той же частотой перекидывает контакт с одного полюса на другой, так что он всегда передает напряжение только в одном направлении. Электрические выпрямители обычно строятся на ртутных выпрямителях - в парах ртути зажигается электрическая дуга, и так как она зажигается от тока только прямого направления, то и ток проходит через нее только в один из полупериодов. Соответственно, мостовая схема включения, когда две пары ртутных ламп пропускают ток либо в положительном, либо в отрицательном полупериодах, и дает на выходе ток только одного направления. Применяют мостовые схемы и на полупроводниках - как правило, это купроксные элементы - закись меди на меди - в их контакте и возникают полупроводниковые эффекты. Их обычно соединяют в пакетные схемы, так как один элемент держит напряжение не более пяти вольт. Самая суровая схема - это когда от сети переменного тока работает мотор, который вращает генератор постоянного тока, и уже от него запитываются приводы станков - так называемая система Леонарда. Ну и если на предприятии есть собственный генератор, он может быть сразу генератором постоянного тока - небольшие расстояния позволяют не беспокоиться и потерях при передаче такого тока к исполнительным устройствам.
Схема двигателя важна и с точки зрения пусковых моментов. Так, в сериесных двигателях обмотка возбуждения и обмотка якоря включены последовательно - потому они так и называются - series, то есть последовательные, соответственно, ток обмотки и ток якоря практически одинаковы. Такое включение дает большой начальный вращающий момент - как раз самое то для крановых двигателей, двигателей прокатных станов и прочих механизмов, в которых возникают высокие начальные усилия. Разве что такие двигатели нельзя включать на холостом ходу - число оборотов без нагрузки нарастает очень быстро и двигатель разносит. Чтобы этого избежать, используют несколько схем с шунтирующими сопротивлениями. У синхронных лучше перегрузочная способность - то есть способность выдержать перегрузку относительно номинальных значений - у них она доходит до 2,5 и даже до 4 раз, тогда как в двигателях постоянного тока - до 2, максимум до 3, в асинхронных с кольцами - 2-2,5, а в короткозамкнутых - всего 1,8-2. А чем выше перегрузочная способность, тем меньше потребная мощность и, соответственно, размеры двигателя.
Но для прокатного стана нужен двигатель с длинным якорем и небольшим диаметром, чтобы уменьшить маховые моменты и, соответственно, время пуска и останова, но при этом за счет увеличенной длины обеспечить достаточную мощность. И чем выше скорость вращения, тем выше мощность двигателя. Но скорость вращения ограничена количеством полюсов - чем их больше, тем меньше скорость вращения. Полюсное деление мощных двигателей - то есть часть дуги, приходящейся на обмотку одного полюса - обычно не менее десяти сантиметров, в крайних случаях - шесть сантиметров. Соответственно, при частоте сети 50 герц и двух полюсах скорость вращения будет 1500 оборотов в минуту, а диаметр ротора - всего 13 сантиметров. Но количество полюсов приходится увеличивать, иначе необходимый ток, протекающий через обмотки, будет очень сильно их нагревать - поэтому, чтобы снизить ток через обмотку и вместе с тем увеличить мощность двигателя, и приходится увеличивать количество полюсов, а вместе с тем и диаметр двигателя. Как вариант - наращивать длину, тогда частоту вращения можно оставить высокой - но это уже потребует более сложных передаточных механизмов - редукторов, которые снизят скорость вращения до необходимой для обработки и вместе с тем должны будут выдерживать высокие нагрузки, передаваемые от мощного двигателя. И тут уже приходится сопоставлять разные варианты - что проще - увеличить габариты двигателя и уменьшить затраты на механическую обработку шестерен, корпуса и прочих деталей редуктора, или же редуктор можно будет сделать достаточно просто, и тогда можно уменьшить диаметр двигателя. При этом надо учитывать, что более массивный редуктор добавляет свои массы к массам, которые двигателю надо разогнать или остановить - и снова расчеты, уже с этих позиций - возможно, массивный редуктор съест все выгоды от уменьшения диаметра двигателя и вместе с тем потребует много механической обработки, так что может быть выгоднее сделать малооборотный двигатель большего диаметра, зато существенно упростить редуктор, вплоть до того, что он вообще не понадобится.
В общем, тонкостей и нюансов с электродвигателями было более чем достаточно - я лишь немного нахватался по верхам, пробежавшись по диагонали по пятку учебников и справочников, когда готовился к первому совещанию по электродвигателям и электроснабжению, которое прошло в начале сентября. И началось это совещание с сакраментальной фразы:
– Так электродвигатели нужны ...
– Как у нас с электродвигателями ?
– я посмотрел на начальника комитета по электрификации.
– Всего свободны, то есть доступны к установке - пятьсот двадцать единиц.
– Ого ! Откуда это ?
– С оборудования - разрушенного, или с временно оккупированных территорий. Вы же говорили снимать двигатели, чтобы враг не мог воспользоваться временно оставленной техникой.
– Да, все правильно. Только эти двигатели пока придержите - возможно, скоро будем ставить обратно.
– Ну тогда двести тридцать пять единиц. И еще около трех сотен на восстановлении - в основном - перемотка сгоревших обмоток.
– С какой скоростью они восстанавливаются ?
– Пока по два-три двигателя в день. Размотать, очистить проволоку, заизолировать, снова намотать ...
– Ну, нормально. Людей не требуется ?
– Пока нет - не хватает оборудования, так что работают три десятка - и ладно. Со следующей недели приступают к обучению тридцать человек, что сейчас занимаются подключением и контролем эксплуатации - они уже подготовили учеников, так что сами постепенно высвобождаются.
– Хорошо. А для станов есть что-то подходящее ?
– Мощных - по тридцать-пятьдесят-семьдесят киловатт - шесть штук. Ну и один в семьсот пятьдесят.
– Не хватит ?
– я повернулся к главному металлургу.
– Не хватит.
– Тогда надо организовать их производство.
– я снова обратил взгляд на электрика.
– Так роторы-статоры ... проволока ...
– Прокатать и вытянуть проволоку сможем на кроватной фабрике - у них есть и станы для прокатки прутка, и волочильные станки, и даже станок для плетения панцирной сетки, правда, пока он нам без надобности, так как кровати пока будем делать с дощатым настилом на местных деревообрабатывающих предприятиях и столярных мастерских - разве что делать сетку-рабицу, но и на нам пока не нужна.
– оказывается, эту сетку тут уже изобрели - и - кто бы мог подумать ?
– Карл Рабиц, откуда и пошло название сетки - еще в 1878 году.
– В обмотку - дюралюминий ? Один бомбардировщик даст дюраля на сотню, а то и тысячу моторов. Вопрос - в изоляции.
– Изоляцию - из бумаги в масле - нормально будет.
– Только надо намоточные станки - не руками же наматывать
– Уже сделали один, сейчас отлаживаем.
Обсуждение дальше и шло по методу мозгового штурма - короткие фразы, мимолетные идеи которые тут же пытались развить и просчитать - все-равно все понимали, что это будет далеко не первое совещание, поэтому пытались вчерне обозначить проблемы и пути их решения.