История электротехники

Коллектив авторов

Работы этих лет ориентировались на применение громоздких ионных приборов, входивших в состав коммутаторов вентильных двигателей, что ограничивало их практическое применение.

Толчком к развитию работ по бесконтактным двигателям постоянного тока послужило появление транзисторов, обладающих хорошими переключающими свойствами и компактностью, а также острая потребность космонавтики и авиационной техники в двигателях, способных надежно работать длительное время в сложных условиях без обслуживания.

Во ВНИИэлектромаше (г. Ленинград) под руководством И.Е. Овчинникова и Н.И. Лебедева в начале 60-х годов были начаты интенсивные работы в области теории, методов расчета схем и конструкций бесконтактных двигателей постоянного тока, их компонентов, а также полупроводниковых

коммутаторов [6.41]. Были опубликованы первые научные статьи и получены первые авторские свидетельства. В течение 60-х и начала 70-х годов создается работоспособный коллектив специалистов, внесших заметный вклад в развитие вентильных двигателей. Здесь следует упомянуть таких специалистов, как Н.П. Адволоткин (вопросы конструкции и прочности роторов с постоянными магнитами высокоскоростных вентильных двигателей), В.Т. Гращенков (вентильные двигатели для приборной автоматики), В.Н. Ганжу (электромагнитные расчеты вентильных двигателей малой и средней мощности), Я.Н. Явдошак (вентильные двигатели для бытовой электротехники).

^{Рис. 6.7. Вентильный электродвигатель с ротором из редкоземельных постоянных магнитов} 

Параллельно и приблизительно в это же время развивалась и московская школа по бесконтактным двигателям постоянного тока. Бесспорным ее лидером стал И.А. Вевюрко (ВНИИЭМ). Его работы были направлены на внедрение бесщеточных двигателей в различные области специальной техники. Эти задачи успешно решались.

Следует упомянуть и заметную роль вузовских ученых, внесших серьезный вклад в развитие вентильных двигателей. Это А.А. Дубенский (Московский авиационный институт), Л.Я. Зиннер, А.И. Скороспешкин (Куйбышевский, ныне Самарский, политехнический институт), В.А. Балагуров и В.К. Лозенко (Московский энергетический институт), которые опубликовали ряд книг и учебных пособий по вентильным двигателям, а также принимали участие в разработках некоторых типов этих двигателей.

Внедрение в массовое производство бесконтактных двигателей постоянного тока на электротехнических заводах было осуществлено в начале 70-х годов ВНИИэлектромашем. Это были двигатели серий БДС-1 и БДС-02 для аппаратуры звукозаписи. В свою очередь, ВНИИЭМ внедряет в конце 60-х и начале 70-х годов отдельные исполнения, а затем и серию вентильных двигателей для специальной техники.

Впоследствии с ростом мощности выпускаемых силовых транзисторов и появлением современных постоянных магнитов И.Е. Овчинниковым с Н.П. Адволоткиным и А.Г. Вдовиковым были разработаны более мощные вентильные двигатели (до 20 кВт) для станкостроения и роботехники (рис. 6.7) серий ДВУ, 2ДВУ (цилиндрические), ЗДВУ (дисковые), освоенные промышленностью (Днепропетровский электромеханический завод).

Большой вклад в создание вентильных двигателей внес Всесоюзный научно-исследовательский институт релестроения (ВНИИР, г. Чебоксары) во главе с А.Д. Поздеевым, под руководством которого были разработаны и внедрены в промышленность транзисторные коммутаторы (преобразователи) серии ЭПБ и системы управления.

Параллельно развивалась и техника мощных вентильных двигателей с коммутаторами на тиристорах. В Москве Центральный научно-исследовательский институт Министерства путей сообщения (ЦНИИ МПС) (Б.Н. Тихменев, Н.Н. Горин, В.А. Кучумов, В.А. Сенаторов) разрабатывает и пускает в опытную эксплуатацию вентильный двигатель с электромагнитным возбуждением мощностью 900 кВт для электровозов. Во ВНИИэлектромаше (И.Е. Овчинников, В.Н. Рябов) совместно с Лысьвенским турбогенераторным заводом разрабатываются мощные быстроходные вентильные двигатели (6–20 МВт) для нефте- и газоперекачивающих агрегатов; выполнены мощные (100–500 кВт) тихоходные вентильные двигатели (Н.И. Лебедев), созданы пусковые тиристорные устройства по схеме вентильного двигателя (В.И. Левин, В.И. Климов, Е.А. Крутяков).

В объединении «Электросила»

были выполнены интересные проекты по гребным вентильным двигателям и тихоходным вентильным двигателям для мельниц.

Интересные работы по теории вентильных двигателей с электромагнитным возбуждением и коммутацией на тиристорах были опубликованы в 70–80-х годах А.К. Аракеляном, А.А. Афанасьевым, И.Е. Овчинниковым, Б.Н. Тихменевым [6.42–6.45].

Развитие вентильных двигателей происходит в настоящее время настолько интенсивно, что многие специалисты прогнозируют в некоторых областях почти полное вытеснение ими в будущем традиционных машин постоянного тока.

6.2.11. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Синхронная машина, система возбуждения и автоматический регулятор возбуждения представляют собой единый комплекс, обеспечивающий эффективную работу генераторов и двигателей. На протяжении длительного времени в качестве возбудителя крупных синхронных машин использовались коллекторные генераторы постоянного тока. Они обычно размещались на общем валу с главной машиной. Реже возбудитель входил в состав отдельного агрегата, состоящего из генератора и асинхронного двигателя. Коллекторы генераторов постоянного тока требовали систематического ухода. Генераторы имели значительную электромагнитную инерционность.

В послевоенные годы в нашей стране начались пионерские работы по использованию управляемых вентилей вместо механических коммутаторов-коллекторов. Сначала исследования проводились на лабораторных установках, а затем были созданы и проверены в эксплуатации опытно-промышленные ионные возбудители. В Ленэнерго такая установка была выполнена для гидрогенератора мощностью 33 MB•А Нижнесвирской ГЭС. Разработка и испытания проходили под руководством И.А. Глебова и С.Ф. Зонова. Авторство и руководство в создании и испытании опытно-промышленной системы ионного возбуждения турбогенератора мощностью 3 МВт на ТЭЦ № 7 Мосэнерго принадлежат Ю.А. Шмайну. Опытно-промышленная установка гидрогенератора мощностью 55 МВт для Рыбинской ГЭС была создана и испытана с участием В.Я. Масольда. В первых двух установках использовались ртутные вентили — игнитроны, а в третьей — откачные ртутные вентили. В первой и третьей установках выпрямители подключались к вспомогательным синхронным генераторам, а во второй установке — к трансформатору, получавшему питание от сети.

После проведения всесторонних испытаний и накопления опыта эксплуатации в 1957–1967 гг. начались разработка и создание систем ионного возбуждения для мощных гидрогенераторов ряда ГЭС (Волжские, Братская, Нурекская, Усть-Илимская, Красноярская, Саяно-Шушенская, Ингушская, Капчагайская, Саратовская, Кременчугская, Асуанская) и для турбогенератора мощностью 30 МВт ТЭЦ-16 Мосэнерго, а также для мощных синхронных компенсаторов (75 и 100 MB•А).

В связи с отсутствием в то время тиристоров выпрямители создавались на основе ртутных вентилей производства завода «Уралэлектротяжмаш». Их номинальный ток составлял 500 А, а напряжение 2500 В. В системах ионного возбуждения гидрогенераторов применялись вспомогательные синхронные генераторы. Они размещались между крестовиной и активной частью гидрогенератора. Их особенностью является то, что они имеют большой диаметр и малую длину. Так, например, наружный диаметр генератора Волжской ГЭС в районе г. Самары равен 850 см, а длина его сердечника 24 см.

Вспомогательные синхронные генераторы были разработаны и созданы на заводе «Электросила».

В связи с высокой кратностью форсирования (предельное напряжение возбуждения равно четырехкратному значению номинального напряжения) и практически безынерционным действием управляемых вентилей был достигнут наиболее высокий уровень динамической устойчивости машин и линий электропередачи.

Наряду с разработками систем ионного возбуждения для гидрогенераторов велись разработки систем ионного возбуждения для синхронных компенсаторов, которые были применены для подстанций на приемном конце линий электропередачи главным образом напряжением 500 кВ.