История электротехники - Коллектив авторов

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%.

В войне с Японией выявились недостаточная живучесть кораблей в целом и их оборудования и систем, что заставило внести в проекты кораблей ряд изменений, направленных на обеспечение большей их живучести. Повышение живучести ЭЭС предусматривалось в основном за счет изменения структурных связей” и размещения электрооборудования.

Характерным примером является линкор «Император Павел I». Количество, мощность (765 кВт), тип и привод генераторов приняты, как на броненосцах типа «Бородино», построенных до войны с Японией, но для существенного повышения живучести размещение оборудования и схема распределения изменены: ГРЩ носовой и кормовой электростанций вынесены из помещений генераторов; кольцевая силовая магистраль соединяет между собой только ГРЩ, генераторные щиты не охватываются ею; главные силовые распределительные щиты разукрупнены на ряд отсечных бортовых щитов, охватываемых кольцевой магистралью; в местах ответвлений от осветительной магистрали установлены распределительные коробки; один из вспомогательных генераторов мощностью 67,5 кВт перенесен с жилой палубы на нижнюю и приобрел функции резервного; в боевом режиме осветительная магистраль наравне с силовой получает питание от основных генераторов; магистральные кабели в свинцовой оболочке проложены в специальных коридорах на нижней броневой палубе.

Внедрение электротехники на кораблях, рост количества и мощности потребителей электрической энергии, накопление опыта, выработка практикой принципов построения схем распределения электроэнергии и расположения электрооборудования обусловили появление на кораблях организованных ЭЭС, влияющих на их боевые качества.

Для создания ЭЭС последующих кораблей в 1908 г. были разработаны и изданы специальные «Правила по электротехнике для кораблей флота».

Корабли того периода, создаваемые по новым проектам с учетом изданных Правил, характеризуются дальнейшим насыщением электрооборудованием, электрифицированными механизмами и ростом мощности источников электроэнергии. Увеличение мощности ЭЭС, длины и разветвленности сетей привело к необходимости повышения напряжения до 225 В.

Для привода основных генераторов вместо паровых поршневых машин используются паровые турбины, что позволило существенно улучшить технико-экономические показатели генераторных агрегатов. Также впервые в мире на кораблях отечественного флота начинают использовать дизельные двигатели в качестве приводных двигателей генераторов, а на менее крупных — керосиновые двигатели. В качестве приводных двигателей механизмов стали применять трехфазные асинхронные электродвигатели, отличающиеся надежностью и простотой обслуживания.

Первыми из серии новых кораблей начали строить линкоры типа «Севастополь». В проекте, разработанном Бюро Балтийского завода, предусматривалось применение постоянного тока напряжением 225 В. Положительные результаты испытаний на минном заградителе «Амур» электродвигателей переменного тока послужили основанием для пересмотра проекта ЭЭС линкора «Севастополь» и принятия решения о частичном применении переменного тока для привода вентиляторов и бытовых потребителей. Источники электроэнергии таких кораблей — четыре турбогенератора (ТГ) постоянного тока мощностью по 320 кВт; два дизель-генератора (ДГ) мощностью по 320 кВт; три ДГ мощностью по 120 кВт.