История электротехники

АРВ СД претерпели существенные изменения в связи с совершенствованием элементной базы. Масса регуляторов снизилась с 1100 кг при использовании магнитных усилителей до 40 кг в случае применения интегральных схем. Обстоятельные научные исследования позволили не только разработать АРВ СДП1 (АРВ СД на базе полупроводников П с использованием интегральных схем I), но и освоить его производство (руководитель работ Н.С. Сирый).

Цифроаналого-физический комплекс, созданный во ВНИИэлектромаше, является мощным инструментом разработки и отладки алгоритмов цифровых систем регулирования и управления, средством выбора оптимального сочетания аппаратной и программной частей систем. На его основе в последние годы начато решение научной проблемы по разработке и созданию цифрового регулятора (АРВ СДЦ).

Первый цифровой регулятор был создан во ВНИИЭМ в 1978 г. (В.Д. Ковалев, А.В. Фадеев). Затем было выполнено еще несколько регуляторов. Все они находятся в эксплуатации на электростанциях. Тем не менее на сегодняшний день проведенные в данной области работы следует рассматривать лишь как начальную стадию развития АРВСДЦ.

Во ВНИИэлектромаше разработан и освоен АРВ СД с использованием микропроцессорной техники (В.В. Кичаев, М.Л. Богачков). Автоматический регулятор сильного действия селективный (АРВ СДС) состоит из аналоговых блоков и микропроцессора. Наличие микропроцессора позволяет реализовать ряд новых функций: 1) контроль и диагностику состояния регулятора; 2) длительное хранение установок в памяти; 3) изменение установок с любой скоростью и высокой точностью; 4) определение приоритетов при выполнении команд от разных уровней управления; 5) связь с верхним уровнем управления.

В результате исследовательской работы для синхронных генераторов малой и средней мощности во ВНИИэлектромаше был разработан и освоен в производстве автоматический регулятор напряжения — АРН (А.А. Юрганов, В.А. Кожевников). Он предназначен для тиристорных систем самовозбуждения и бесщеточных возбудителей. В нем реализуется пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования по отключению напряжения с компаундированием по реактивному току и с введением для повышения устойчивости сигналов по первым производным напряжения статора и тока ротора, а также сигнала обратной связи с целью повышения быстродействия. Наряду с этим он дает сигнал на форсирование возбуждения при авариях, обеспечивает программное начальное возбуждение, делает возможным требуемое распределение реактивных мощностей без группового регулирования напряжения для параллельно работающих генераторов, позволяет иметь местное и дистанционное изменение установки, ограничивает минимальный ток возбуждения.

Выходное напряжение АРВ поступает к системе управления тиристорами. Эта система является одним из важнейших элементов возбудителей. На протяжении многих лет ведутся работы по ее усовершенствованию. В конечном счете системы управления должны в ближайшем будущем базироваться на микропроцессорных устройствах.

6.2.12. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Массовое применение асинхронных двигателей потребовало их серийного выпуска как в предвоенные, так и в послевоенные годы. В 70-х годах наиболее широкое распространение получили короткозамкнутые асинхронные двигатели общего назначения серии А2 (защищенное исполнение) и А02 (закрытое обдуваемое исполнение) мощностью от 0,6 до 100 кВт.

С начала 70-х годов исключительно большая работа была проведена ВНИИЭМ (руководитель Т.Г. Сорокер) и Московским электромеханическим заводом им. Владимира Ильича (главный конструктор В.И. Радин) по новой серии асинхронных двигателей. Она завершилась созданием серии 4А с высотами осей вращения от 50 до 355 мм и мощностями от 0,06 до 400 кВт. Серия включает основное и специализированное исполнения и ряд модификаций.

К модификациям относятся двигатели с повышенным пусковым моментом, с повышенным номинальным скольжением и многоскоростные. К конструктивным модификациям относятся двигатели с фазным ротором, малошумные, со встроенными электромагнитными тормозами, встроенной температурной защитой, для моноблочных насосов. Модификации исполнений по условиям окружающей среды включают тропическое, химостойкое, сельскохозяйственное, влагоморозостойкое, водозащищенное и рудничное. К специализированным модификациям относятся высокоточные двигатели, двигатели для лифтов, частотно-управляемые и двигатели для привода деревообрабатывающих станков.

Двигатели основного исполнения предназначены для всех высот осей вращения и мощностей, а модифицированные и специализированные — только для отдельных участков. Основным способом охлаждения является внешний обдув (рис. 6.9). Обмотки двигателей с высотами осей вращения 50–132 мм имеют изоляцию нагревостойкости В, а с высотами осей вращения 160–355 мм — класса F. Подшипники — шариковые с двух сторон для осей вращения до 160 мм, а при более высоких осях вращения — роликовые со стороны привода и шариковые с противоположной стороны.

Разработка конструкций двигателей проходила одновременно с созданием специальных технологических процессов и оборудования для производства электрических машин со всыпными обмотками. Эти уникальные работы выполнялись во Всесоюзном НИИ технологии электромашиностроения (ВНИИТэлектромаш, г. Харьков) под руководством В.Г. Костромина. Для обеспечения равномерного малого воздушного зазора была применена однооперационная автоматическая штамповка холоднокатаной рулонной стали. Для термообработки листов магнитопроводов создана проходная рольганговая электропечь, работающая в автоматическом режиме. Для сборки сердечников магнитопроводов изготовлено полуавтоматическое оборудование. Решена комплексная задача автоматизации обмоточно-изолировочных процессов. Найдено решение сложнейшей задачи — механизированной сборки двигателей.

Производство серии 4А распределено между электромашиностроительными заводами, каждый из которых получил определенный отрезок серии. Создание серии 4А, воплотившей не только новые конструктивные и технологические решения, но и организацию производства в масштабах страны, явилось крупнейшим достижением отечественного электромашиностроения, равных которому не было в мировой практике. Следующим этапом в развитии асинхронных двигателей явилась разработка серии АИ (асинхронные интернациональные). Предполагалось, что она будет единой для стран — членов СЭВ. Однако с распадом СЭВ дальнейшие работы в этой области прекратились.

После распада Советского Союза ряд участков серии оказался на заводах стран ближнего зарубежья, поэтому электромашиностроительным заводам России пришлось разрабатывать и осваивать производство асинхронных двигателей на базе серии 4А в значительно большем диапазоне, чем они имели ранее.

Особого внимания заслуживает проблема регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Потребность в таком регулировании становится все больше. Экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах асинхронных двигателей с короткозамкнутым и с фазным роторами возможно только при их совместной работе с преобразователями частоты, включенными в цепь статора или ротора двигателя. Синтез электродвигателей с преобразователями частоты не только обеспечивает экономичное регулирование, но и дает возможность выполнить сверхскоростные машины с частотой вращения 15–20 тыс. об/мин и более, а также безредукторные тихоходные двигатели с большими вращающими моментами.

Исследования теории работы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при частотном управлении были начаты в нашей стране М.П. Костенко в 1925 г. Им определен первый простой закон частотного управления, на основе которого разрабатывались конкретные устройства для регулирования и системы электроприводов (например, системы векторного управления, нашедшие применение в последние годы, учитывающие фазу и значение рабочего магнитного потока машины). В 60-е годы исследования законов частотного управления были продолжены А.А. Булгаковым и другими учеными.