История электротехники

В этот же период стали применяться магнитные усилители (МУ). Принцип действия МУ основан на изменении индуктивности сопротивления дросселей насыщения при подмагничивании их магнитопроводов постоянным магнитным потоком, создаваемым обычно током управления.

В начале XX в. были созданы первые дроссели насыщения, управляемые путем подмагничивания постоянным током. Эти дроссели были усовершенствованы В.П. Вологдиным и Н.Д. Папалекси. Дальнейшее развитие теории магнитных усилителей связано с именами отечественных ученых Р.А. Липмана, Е.Л. Львова, И.Б. Негневицкого, М.А. Розенблата, Л.В. Шопена и др.

Большой вклад в создание общей теории магнитных цепей сделан В.И. Коваленковым. Методы расчета электромагнитных механизмов в разное время успешно разрабатывались отечественными учеными РЛ. Ароновым, А.Я. Буйловым, Б.К. Булем, Б.С. Сотсковым, Ф.А. Ступелем.

Магнитные усилители постоянно совершенствовались и успешно использовались для различных целей, особенно в системах автоматического регулирования. Но с конца 60-х годов создание мощных полупроводниковых приборов существенно ограничило их развитие. Однако в 80-е годы разработчики регуляторов вновь начали проявлять к ним интерес благодаря их стойкости к различным возмущающим воздействиям. Работы в этом направлении происходили на основе применения в цепях повышенной частоты, где возможности МУ проявляются наиболее ярко.

Принципиально новые возможности и перспектива для развития эффективных регуляторов различного назначения были созданы в результате совершенствования электронных технологий.

Создание в конце 80-х годов силовых полностью управляемых полупроводниковых приборов на токи свыше 1 кА и напряжение 1 кВ позволило создавать импульсные регуляторы большой мощности. При этом стало возможным высокое качество управления посредством микропроцессорных устройств.

На основе соединения в едином конструктивном модуле силовых электронных приборов и микроэлектронных устройств родились новые виды аппаратов, получивших название «интеллектуальных». Такие аппараты открыли новые перспективы развития в различных областях техники, в частности электропривода, светотехники и др.

В новый этап совершенствования отечественных электрических аппаратов управления на основе силовой электроники большой вклад внесли работы, проводимые с начала 90-х в МЭИ под руководством Ю.К. Розанова.

Реле. В классе ЭА автоматики и зашиты наиболее распространенным видом являются реле. Первые реле были созданы и нашли практическое применение в конце XIX в. Причем наиболее широкое применение первые реле находили в системах телефонной и телеграфной связи.

Первые реле имели конструкцию якорного типа, принцип действия которой основан на перемещении якоря с контактной системой при подаче напряжения или тока на обмотку электромагнита (рис. 6.14). Реле с таким типом конструкции получили широкое распространение и их усовершенствованные модификации продолжают использоваться в настоящее время.

В 30-х годах развитие электроэнергетики в промышленно развитых странах активизировало научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области релейной защиты. В результате были созданы различные конструкции реле максимального тока, минимального напряжения, дифференциальные реле обратной мощности и много других типов реле защиты. В этот же период фирмой АЕГ была разработана конструкция индукционного реле (рис. 6.15), которая получила широкое применение во всем мире. На основе этой конструкции были созданы защитные реле с регулируемой выдержкой времени, зависящей от значения контролируемого тока.

Для систем автоматики требовались реле с высоким быстродействием, малым потреблением энергии для управления и большим числом срабатываний за период эксплуатации. Для этих целей конструкция якорного реле мало подходила. В результате работы над повышением быстродействия реле и упрощением его конструкции в 20-х годах В.И. Коваленков предложил отказаться от массивного якоря, заменив его легкими контактными сердечниками, выполненными в виде упругих консолей из ферромагнитного материала. Эта конструкция получила дальнейшее развитие в реле с герметичными контактами, названных герконами.

Конструкция герконов была запатентована в 1942 г. В. Элвудом (США). В этой конструкции контактные сердечники из ферромагнитного материала помещены в стеклянный герметичный баллон, заполненный инертным газом (рис. 6.16). Непосредственно контактирующие поверхности покрыты тонким слоем контактного материала, например серебра. Для управления контактами используется обмотка управления, создающая магнитный поток, или постоянные магниты. Герконы с 60-х годов начали успешно использовать в различных системах автоматики. Принцип герконового реле в дальнейшем получил развитие при создании сильноточных герметизированных контактов (герсиконов). Большой вклад в развитие методов анализа отечественных герконов внес В.Н. Шоффа (МЭИ).

В 50-е годы, когда интенсивно проводились научно-исследовательские работы в области магнитных усилителей, последние успешно были использованы в качестве бесконтактных реле. Релейный эффект в этих устройствах достигался посредством введения положительных обратных связей.

Новый этап развития реле автоматики и защиты начался на основе достижений микроэлектронной техники. Использование электронных компонентов позволило существенно улучшить технико-экономические характеристики реле и расширить их функции. Так, например, большинство современных реле для систем защиты содержат микропроцессоры, определяющие алгоритм функционирования реле в зависимости от режимов работы и состояния контролируемой системы и ее составных частей. При этом информация в микропроцессоры может поступать как с различных датчиков, так и с блоков управления более высокого уровня.

6.5. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Потребность дореволюционной России в электрооборудовании, в том числе в трансформаторах, была невелика и удовлетворялась несколькими универсальными электротехническими заводами — филиалами иностранных фирм. Мощность выпускавшихся в то время трансформаторов ограничивалась сотнями киловольт-ампер в единице при напряжении 6 кВ и только в отдельных случаях достигала 1000 кВ∙А при напряжении 35 кВ.

Принятый в России в декабре 1920 г. план электрификации (ГОЭЛРО) поставил вопрос о производстве отечественного оборудования, в том числе и трансформаторов.

В 1928 г., когда в Москве вступил в строй специализированный трансформаторный завод Московский электрозавод (МЭЗ) им. В.В. Куйбышева (в настоящее время ОАО холдинговая компания «Электрозавод»), начинает свою историю отечественное трансформаторостроение.

В 1928–1929 гг. на МЭЗ началось серийное производство трансформаторов класса напряжения 35 кВ мощностью до 5600 кВ∙А, а в 1931 г. был построен первый в стране силовой трехфазный трансформатор мощностью 2500 кВ∙А на напряжение 110 кВ. Помимо силовых трансформаторов завод изготовлял специальные трансформаторы для электрических печей с вторичными токами 30–40 кА, взрывозащищенные — для шахт, измерительные трансформаторы напряжения до 110 кВ и т.д. В 1938 г. были поставлены трансформаторы для первой в СССР линии электропередачи 220 кВ Свирская ГЭС — Ленинград. Повышающие однофазные трансформаторы, составляющие трехфазную группу 3x46 MB∙А напряжением 220 кВ, были самыми мощными в довоенные годы.