История электротехники

Синхронные ГЭД могут работать во всем диапазоне нагрузок с cosφ = 1,0, что позволяет наилучшим образом использовать генераторы и преобразователи. Они также имеют значительный воздушный зазор между ротором и статором и, несмотря на необходимость установки специальных возбудителей, в большей степени отвечают жестким условиям работы судового привода.

С целью более эффективного использования оборудования ГЭУ, упрощения его обслуживания, повышения экономии топлива и увеличения грузовместимости судна развитие ГЭУ и ЭЭС пошло по пути объединения источников питания ГЭУ и общесудовых потребителей в единые ЭЭС (ЕЭЭС).

Построение ЕЭЭС выполнено при использовании преобразователей энергии различного типа:

механических (ВРШ);

электрических (преобразователи частоты и управляемые выпрямители);

комбинации механических и электрических преобразователей.

Как пример из большого числа построенных в 70-х годах судов с ЕЭЭС и ГЭД постоянного тока можно привести паром «Deutshland», построенный в ФРГ в 1972 г. В состав ЕЭЭС судна входят девять бесщеточных синхронных ДГ мощностью по 2100 кВ∙А (часовая мощность 2400 кВ∙А); четыре силовых блока управляемых выпрямителей мощностью по 5300 кВ∙А, 1000 В переменного тока, 4400 А выпрямленного тока; два двухъякорных ГЭД постоянного тока мощностью по 2x3860 кВт (1200 В; 195/210 об/мин); два носовых асинхронных двигателя с фазным ротором подруливающих устройств мощностью по 750 кВт, 980 об/мин; два трансформатора по 2000 кВ∙А. Питание тиристорных выпрямителей осуществляется от двойной системы сборных шин, соединяемых выключателями, а двух якорей одного ГЭД — от разных секций шин. Питание шин общесудовых потребителей осуществляется от двух трансформаторов 1000/380 В.

При повреждении шин питания судовых потребителей 380 В производится автоматический запуск аварийного ДГ мощностью 570 кВ∙А, обеспечивающего питание секции ответственных потребителей.

Примером ЕЭЭС с ГЭУ переменного тока может быть канадский ледокол «Henry Larsen», построенный в 1987 г. Его ЕЭЭС состоит из трех генераторов мощностью 5 МВт (4,16 кВ, 720 об/мин) с дизельным приводом. Генераторы включены на шины ЕЭЭС, от которых через понижающие трансформаторы и преобразователь частоты получают питание два ГЭД. Мощность трансформаторов 2x4 MB∙А, выходное напряжение 1,2 кВ, мощность синхронных ГЭД 6 МВт при частоте вращения 145/180 об/мин. Система векторного регулирования ГЭД с прямым цифровым управлением отпиранием тиристоров и оптической потенциальной развязкой силовых цепей и управления выполнена на базе четырех быстродействующих 16-разрядных микропроцессоров.

Система преобразователь частоты — синхронный ГЭД имеет механические характеристики, аналогичные характеристикам ГЭУ постоянного тока, но обладает повышенными надежностью, КПД и быстродействием.

Системы с ВРШ появились в начале 60-х годов в ФРГ, Италии, а затем в Японии и США. ГЭД в таких установках работает при постоянной частоте вращения в одном направлении. В ГЭУ с ВРШ нашли широкое применение высокооборотные дизель- и газотурбогенераторы. Как правило, в ГЭУ с ВРШ при мощностях на винте более 2 МВт применяются синхронные ГЭД, позволяющие повысить КПД и коэффициент мощности системы в целом. Такими ЕЭЭС оборудованы многие рыбопромысловые суда, паромы, земснаряды, буровые суда и платформы. Недостатком системы является сложный пуск синхронных ГЭД, производимый при пониженной частоте аналогично системам с частотным управлением. В ЕЭЭС с ГЭД мощностью менее 2 МВт применялись высокооборотные асинхронные короткозамкнутые ГЭД, включаемые обычно по два на ВРШ через редукторную передачу. Пуск их производится поочередно: сначала переключением со звезды на треугольник запускается один электродвигатель ГЭД, а затем прямым включением второй. Провал напряжения при пуске ГЭД не превышает 15%. Подобными системами оборудовано большинство рыбопромысловых судов Италии, Испании, ФРГ, Японии.

Недостатком асинхронных ГЭД является значительное потребление ими реактивной мощности и малый воздушный зазор, создающий трудности при монтаже и эксплуатации в ледовых условиях, поэтому они не получили распространения на ледоколах.

Освоение природных ресурсов Мирового океана привело к созданию судов специального назначения с потребителями электроэнергии большой мощности. В 80-е годы Финляндией, Японией, Швецией, Великобританией, США, Италией, Нидерландами, Норвегией и Францией построено большое количество полупогружных добывающих буровых установок и специальных многоцелевых платформ; добычных и крановых судов; ледоколов; судов снабжения; судов обслуживания и обеспечения подводно-технических работ и др. Многие из этих судов и установок оборудованы электроприводами технологических механизмов и систем позиционирования судна. Наиболее характерный диапазон мощностей ЕЭЭС до 50 МВт, номинальное напряжение от 3,3 до 10,5 кВ, частота 50 или 60 Гц. Непосредственно от шин ГРЩ высокого напряжения получают питание электроприводы движения и позиционирования, а также судовые потребители большой мощности (приводы технических комплексов, пожарные насосы и др.). Для питания общесудовых потребителей низкого напряжения установлены понижающие трансформаторы и (или) электромашинные преобразователи.

За короткий срок (немногим более 100 лет) развитие ЭЭС и ГЭУ прошло путь от применения на кораблях генераторов постоянного тока мощностью 1–3 кВт до автоматизированных высоковольтных ЕЭЭС переменного тока на судах мощностью в несколько десятков мегаватт.

Перспективы дальнейшего развития ЭЭС можно прогнозировать по следующим основным направлениям:

применение высокого напряжения;

внедрение сверхпроводниковых электрических машин;

увеличение единой мощности генераторов и нагрузки;

совершенствование структур ЭЭС и электрооборудования;

применение регулируемых электроприводов различных типов;

широкое применение вычислительных комплексов автоматизированного управления ЭЭС и ГЭУ, технического диагностирования, защиты и контроля.

8.2.3. ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Для успешного выполнения боевых задач корабль должен знать свое местоположение в пространстве, обстановку вокруг себя и за горизонтом, иметь надежную связь с командным пунктом и надежные системы управления оружием.

Первым видом оружия на корабле явилась ствольная артиллерия, затем началось развитие минно-торпедного оружия, а после второй мировой войны — ракетного оружия. Развитие каждого из этих видов оружия потребовало привлечения новейших достижений электротехники и электроники, радиосвязи, радиоуправления, гироскопии, гидро- и радиолокации.

Минно-торпедное оружие. Применение торпедного оружия в России началось во второй половине XIX в. Создатель первой отечественной торпеды с электроприводом был И.Ф. Александровский. Но его работа не была поддержана, и для вооружения кораблей торпеды закупались в Англии.

Только после Октябрьской революции было принято решение о создании собственного морского оружия. Для руководства этими работами в составе Наркомата по военным и морским делам (1923–1926 гг.) был создан Научно-технический комитет.

К созданию современного оружия были привлечены такие организации, как Остехбюро (в последствии ЦНИИ «Гранит»), завод «Электроприбор» (впоследствии НПО «Электроприбор»), НИИгидроприбор.

В Остехбюро талантливый изобретатель В.И. Бекаури предложил применить для точного наведения торпеды на расстоянии в несколько километров звуковые волны, электрические сигналы от которых на торпеде обрабатывались электронным блоком, воздействующим на электрорули. В дальнейшем эти принципы были применены в радиодиапазоне, в том числе для управления безэкипажными подводными лодками, торпедными катерами, а также торпедами, сбрасываемыми с самолета.

К началу второй мировой войны на вооружении ВМФ находились отечественные торпеды различных калибров морского и авиационного базирования, а также ряд радиоуправляемых торпедных катеров.