История электротехники

В настоящее время для ряда крановых механизмов ведется разработка полупроводниковых преобразователей частоты инверторного типа (на базе силовых транзисторов) на мощности до 30 кВт.

Как отмечалось ранее, ряд крановых и судовых электроприводов с исполнительными двигателями переменного тока мощностью до 50 кВт разработаны и выпускаются заводом «Динамо» с использованием преобразователей частоты с непосредственной связью (НПЧ). При этом в качестве базовой схемы преобразователя выбрана 18-вентильная схема НПЧ с естественной коммутацией и питанием от трехфазной сети напряжением 380 В и частотой 50 Гц без нулевого провода (преобразователи типа ТТС, изготовитель АО «Электровыпрямитель», г. Саранск). Электроприводы данного класса обеспечивают плавное регулирование частоты вращения асинхронных короткозамкнутых двигателей в интервале частот от 1,5 до 25 Гц, а также его работу на естественной механической характеристике при частоте 50 Гц. Дальнейшим улучшением выходных параметров преобразователей указанного типа является введение в них устройств, позволяющих плавно регулировать частоту на выходе преобразователя в интервале от 1,5 до 50 Гц. Это обеспечит их конкурентоспособность с преобразователями частоты со звеном постоянного тока инверторного типа, а также 36-вентильными НПЧ с раздельным питанием фаз асинхронного двигателя.

В настоящее время проводится также работа по созданию многодвигательных автоматизированных электроприводов для самоподъемной буровой установки СПБУ «Арктика», предназначенной для разведывательного бурения скважин на нефть и газ глубиной до 650 м на шельфе арктических морей России на глубинах от 10 до 30 м. Электроприводы этой установки выполняются на напряжение 660 В и частоту 50 Гц.

Следует отметить и работы по созданию электроприводов постоянного тока с использованием тиристорных преобразователей. Это, как правило, грузоподъемные комплексы с исполнительными двигателями большой мощности (перегружатели, плавучие краны, крупные монтажные краны и т.д.). В таких электроприводах предусматривается применение тиристорных преобразователей серии ТПЕ (изготовитель — завод «Преобразователь», г. Запорожье) на токи 100, 160, 250, 400 и 630 А, заменивших крановые тиристорные преобразователи серий АТК и АТРК.

В настоящее время имеются модификации тиристорных преобразователей постоянного тока в морском исполнении серии ТПС, что позволяет использовать их в электроприводах на плавучих кранах и других судах и объектах.

Последние годы характеризуются бурным ростом микропроцессорной техники, что коснулось и крановых электроприводов. Специалистами ВНИПТИ в настоящее время начаты работы по созданию на базе этой техники современных крановых электроприводов. Применение микропроцессоров качественно изменит систему управления крановыми механизмами, что позволит, в частности, улучшить выходные характеристики приводов, оптимизировать процессы пуска, торможения и реверса, облегчить управление, ввести диагностику неисправностей и т.д.

Внедрение микропроцессорной техники ставит на повестку дня ряд задач:

создания нового поколения командоаппаратов малогабаритного исполнения;

адаптации микропроцессоров к существующим системам управления.

8.2. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

8.2.1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Электроэнергетические системы (ЭЭС) современных гражданских судов и военных кораблей являются сложными комплексными системами, в которых нашли применение новейшие достижения практически во всех областях науки и техники [8.14–8.22].

Важнейшими задачами в развитии ЭЭС являются: структурное построение ЭЭС в целом; расположение и количество электростанций и источников электроэнергии; структурные связи в ЭЭС; единичная мощность генераторов и нагрузки; параметры тока и напряжения.

Период 1869–1917 гг. Практическое внедрение электричества на кораблях началось с установки мощных направленных источников света с дуговыми лампами (прожекторов) в 1869 г. на пароходе «Ильмень», а затем на броненосном фрегате «Петропавловск».

В качестве источников питания были применены поршневые машины с генераторами постоянного тока напряжением 30–50 В, мощностью от 1 до 3 кВт, которые обеспечивали долговременное и надежное электроснабжение прожекторов.

Более широкое применение электричества на кораблях произошло в результате внедрения ламп накаливания, которые становятся основными источниками света. В опытном порядке электрическое освещение с лампами накаливания в 1882 г. монтируется на находящихся в строю кораблях: винтовом корвете «Скобелев» и броненосном фрегате «Адмирал Лазарев». В том же году построенный за рубежом крейсер «Ярославль» («Память Меркурия») оборудуется более значительной сетью электрического освещения со 114 лампами накаливания.

Большое значение для развития ЭЭС имела разработка (впервые) проекта электрооборудования в процессе проектирования броненосного крейсера «Адмирал Нахимов», вступившего в строй в 1887 г. Проект был выполнен под руководством талантливого русского электротехника Е.П. Тверитинова. Проектом предусматривалось полное электрическое освещение всех корабельных помещений. Источниками электроснабжения служили четыре генератора постоянного тока мощностью по 9,1 кВт со смешанным возбуждением напряжением 65 В и две аккумуляторные батареи для аварийного питания. Схемой распределения были предусмотрены три кольцевые магистрали — центральная и две по бортам.

В 1890 г. вступил в строй броненосный крейсер «Память Азова», первый корабль отечественной постройки, на котором применили систему распределения электроэнергии по типу системы, примененной на броненосном крейсере «Адмирал Корнилов», построенного во Франции по заказу Морского ведомства. Проект выполнялся французской фирмой «Соттер и Лимонье», в нем предусматривалось питание от главных распределительных щитов (ГРЩ) с помощью многопозиционных переключателей пяти кольцевых магистралей освещения: боевой, постоянной, ходовой, вечерней и наружной. На этом корабле впервые установлены автоматические выключатели обратного тока для предотвращения перехода генератора в двигательный режим при зарядке аккумуляторов.

В 1887–1892 гг. проводятся интенсивные работы по созданию, изготовлению и испытанию электроприводов вентиляторов, поворота башен орудий, подачи снарядов, рулевого устройства на русских крейсерах и броненосцах.

Значительный рост потребления электроэнергии в связи с внедрением электроприводов механизмов и устройств обусловил необходимость установления основных принципов распределения электроэнергии:

расположение генераторов постоянного тока в носовой и кормовой частях корабля;

отделение сети питания электродвигателей от сети палубного освещения;

обеспечение питания важных электромеханизмов от магистралей двух бортов;

применение электрического привода для рулевого устройства;

выделение автономных магистралей для механизмов артиллерийских установок;

разделение кольцевых магистралей в боевом режиме на четверти;

обеспечение параллельной работы генераторов при расположении их в одном помещении;

создание общего резерва мощности (с целью повышения живучести), составляющего 20–50% от мощности боевого режима.

Так, на кораблях, построенных перед русско-японской войной (1904–1905 гг.), наиболее типичной являлась ЭЭС броненосцев типа «Бородино», на которых были установлены четыре генератора мощностью по 157,5 кВт и два генератора по 67,5 кВт постоянного тока со смешанным возбуждением напряжением 105 В, с приводом от паровых машин. Генераторы мощностью по 157,5 кВт расположены в электростанциях попарно в носовой и кормовой частях корабля и в каждой электростанции могут работать параллельно. Общая силовая кольцевая магистраль, образованная соединением электростанций двумя бортовыми перемычками, в боевом режиме разделяется на четверти с помощью магистральных выключателей. Генераторы мощностью по 67,5 кВт, размещенные в средней части корабля вместе с осветительной кольцевой магистралью образуют вспомогательную установку, используемую в повседневных условиях. Силовая и осветительная системы взаимозаменяемые. Резерв мощности 50%.