История электротехники - Коллектив авторов

Данные об использовании материалов будут неполными, если не упомянуть опыт применения проводниковой меди для различных видов обмоток ротора, якорей, коллекторов и статоров электрических машин. Еще в 50-е годы для получения твердой коллекторной меди впервые в стране был применен сплав меди с небольшим количеством серебра (не более 0,1%). При небольшой стоимости он обеспечивал высокое качество (повышенную теплостойкость) коллекторов практически всех машин постоянного тока. Это позволило отказаться от использования менее технологичной и, как выяснилось позже, экологически вредной кадмиевой меди. Медь с небольшой добавкой серебра применяется до сих пор, ее использование распространено и на производство обмоток других машин, например роторной и демпферной обмоток турбогенераторов. Тем не менее сейчас из экономических соображений ведутся работы по замене серебра на более дешевые легирующие элементы. Инициаторами и разработчиками сплавов меди с серебром были Т.Ф. Зикеева, В.И. Вайнус, а в настоящее время И.Ю. Радионова.

Общеизвестна роль термической обработки в производстве сварных конструкций. Она необходима для уменьшения остаточных напряжений изделия после его окончательной механической обработки. Для этого сначала производится нагрев до 650–680 °С, а затем медленное охлаждение (24–72 ч.).

Следует иметь в виду, что остаточные напряжения можно снизить и виброобработкой. Для этого частота вынужденных колебаний должна быть близка к собственной резонансной. Время обработки сокращается с 2–3 сут до 1–2 ч. И, наконец, следует особо подчеркнуть важность ультразвукового контроля дефектов крупных заготовок, который начал применяться с 1953 г.

6.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Электрические машины малой мощности (ЭМММ) представляют собой особый подкласс электрических машин. Это обусловлено в первую очередь их широким распространением в различных отраслях народного хозяйства. Бытовые электроприборы, медицинская аппаратура, вычислительная техника, устройства передачи и преобразования информации, системы автоматического управления и регулирования, морская, авиационная и космическая техника и автомобильный транспорт — вот далеко не полный перечень областей применения электрических машин данного подкласса. Можно утверждать, что развитие малого электромашиностроения в значительной степени отражает уровень электрификации и автоматизации всего народного хозяйства.

К ЭМММ относят электрические машины, номинальная мощность которых не превышает 750 Вт, а диаметры корпуса ограничиваются в основном 140 мм. Общий объем их производства исчисляется десятками и даже сотнями миллионов изделий в год. Объемы же производства отдельных видов и типоисполнений машин разнятся в значительных пределах, иногда это десятки изделий в год (например, для нужд космической техники). При малых объемах общие затраты на электротехнические материалы в производстве ЭМММ в несколько раз превышают соответствующие затраты в производстве электрических машин средней и большой мощности.

Производству ЭМММ присущи все признаки, характерные для самостоятельной отрасли: специфические особенности технической базы, технологических процессов, профессионального состава кадров.

История развития ЭМММ условно охватывает два больших периода.

Первый период — с конца прошлого столетия до окончания второй мировой войны — характеризуется малыми объемами производства машин, их крайне ограниченной номенклатурой, основу которой составляли машины постоянного тока, отдельные образцы машин систем синхронной связи и переменного тока.

Одной из первых отраслей, где были использованы ЭМММ, явилась авиация. Так, в 1912 г. В.П. Вологдиным (впоследствии чл.-корр. АН СССР) был разработан генератор переменного тока частотой 100 Гц и мощностью 500 Вт для питания радиостанции самолета «Илья Муромец». В 1919–1920 гг. под руководством В.И. Полонского созданы генераторы постоянного тока мощностью 200–300 Вт, приводимые во вращение ветряным двигателем, устанавливаемым на крыле или фюзеляже самолета. К 1936 г. мощность авиационных генераторов постоянного тока возросла до 1000 Вт, а привод их осуществлялся от основного авиационного двигателя.

В 1938 г. под руководством А.К. Голдобенкова была завершена разработка электромашинных преобразователей постоянного тока облегченной конструкции, которые использовались в авиации до 70-х годов. Важное значение для совершенствования конструкций авиационных генераторов имели работы, выполненные в период Великой Отечественной войны под руководством B.C. Кулебакина.

Одновременно в рассматриваемый период проводились работы по совершенствованию авиационного электропривода. В 1926 г. Б. А. Та-лалаем впервые создан гиродвигатель на базе синхронной машины. В этот же период на базе электродвигателей постоянного тока созданы приводы для бензиновых и масляных насосов, вентиляторов.

В 1939 г., на три года раньше, чем в США, Англии и Германии, в отечественных самолетах стали применяться разработанные под руководством А.А. Енгибаряна электромеханизмы дистанционного управления шасси, стабилизаторами, посадочными щитками и элеронами с использованием управляемых электродвигателей и систем синхронной передачи угла. В начале 40-х годов состав авиационного электрооборудования пополнился сельсинами и электромашинными усилителями. Первые образцы электромашинных усилителей были разработаны в 1940 г. под руководством А.Г. Иосифьяна.

Системы синхронной передачи угла на постоянном токе были разработаны в 1888–1890 гг. в Петербурге телеграфным мастером Гейслером и морским офицером В.В. Колокольцовым. В дальнейшем характеристики этих систем были улучшены Ф.Н. Максимовым и И.Г. Маругиным за счет применения в качестве датчиков специальных потенциометров, а в качестве приемников — реактивных синхронных электродвигателей.

Система синхронной связи на переменном токе с использованием сельсинов была впервые запатентована фирмой «Сименс» в 1896 г. Подобные системы в 1913 г. были применены на кораблях русского военного флота в машинном телеграфе, а также на Панамском канале в системах управления шлюзами.

Повышению надежности систем синхронной связи способствовало создание бесконтактных сельсинов, среди которых наиболее удачную конструкцию имеют используемые и в настоящее время сельсины, предложенные А.Г. Иосифьяном и Д.В. Свечарником, а также сельсины с кольцевыми трансформаторами, разработанные Е. Тирман.

Развитие и совершенствование номенклатуры ЭМММ проходило в основном благодаря изобретательской деятельности талантливых инженеров-электромехаников. Наряду с этим выполняется и ряд теоретических разработок, чему способствовало издание многотомного труда по электрическим машинам немецкого профессора Р. Рихтера, переведенного в 30-е годы на русский язык. Книга в большой степени способствовала повышению квалификации отечественных научных и инженерных кадров.

Одновременно расширяется круг теоретических исследований электрических машин малой мощности отечественными учеными и инженерами.

В области систем синхронной связи и их элементов можно отметить работы Д.В. Васильева, А.Г. Иосифьяна, Д.В. Свечарника, Г.И. Штурмана, Э.И. Эллера и др. Для развития теории и практики проектирования электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов важное значение имели исследования А.С. Кантора, А.Н. Ларионова, Т.Г. Сорокера, К.М. Поливанова. Трудами Т.Г. Сорокера, Е.М. Голдовского, Е.А. Тер-Маркарьянца развивается теория синхронных реактивных электродвигателей.

На базе выполненных исследований создаются первые методики расчета и проектирования.

30-е годы текущего столетия характеризуются началом промышленного производства электрических машин малой мощности на заводах, главным образом авиационной и судостроительной промышленности. Это были отдельные типоразмеры машин, не связанные конструктивно технологической общностью.

Второй период развития малого электромашиностроения начался после окончания второй мировой войны и может быть разделен на три этапа. Первый этап включает послевоенные 40-е и 50-е годы. Он совпадает с промышленной революцией, вызвавшей бурное развитие вычислительной техники, систем автоматического управления и регулирования. Одновременно расширяется номенклатура и растут объемы производства бытовых электроприборов.

Возникла необходимость существенного совершенствования номенклатуры и расширения объемов производства ЭМММ. Потребовалось, в частности, создание машин, выполняющих не свойственные им ранее функции: передачу и преобразование информации, работу в динамических режимах, условиях низких температур, глубокого вакуума, повышенной радиации и т.п. Именно на этом этапе номенклатура и объемы выпуска ЭМММ возросли настолько, что малое электромашиностроение стало самостоятельной отраслью электротехнической промышленности.