История электротехники - Коллектив авторов

Применение синхронных компенсаторов позволяет снизить потери электроэнергии в линиях электропередачи. Для этого необходимо уменьшать передаваемую через линию реактивную мощность за счет источников такой мощности на приемном конце. Такими источниками в нашей стране и за рубежом стали синхронные компенсаторы. Наибольших успехов в создании таких машин добился завод «Уралэлектротяжмаш» и его главный конструктор по синхронным компенсаторам В.З. Пекне. Установленная мощность синхронных компенсаторов достигала 20–30% мощности линий. Наиболее мощные синхронные компенсаторы в нашей стране были: 1940 г. — 30 MB∙А, 1956 г. — 75 MB∙А, 1963 г. — 100 MB∙А и 1969 г. — 160 MB∙А.

Применение водородного охлаждения привело к снижению вентиляционных потерь на 25–35% с одновременным увеличением мощности в тех же габаритах. С точки зрения стоимости строительства решающее значение имел переход на наружную установку компенсаторов. Расчетно-теоретические исследования показали целесообразность использования частоты вращения 750 об/мин и применения явно-полюсной конструкции. Пуск компенсаторов осуществляется от сети через реактор.

Возбуждение компенсаторов осуществлялось от генераторов постоянного тока, сочлененных с асинхронными короткозамкнутыми двигателями и маховиками. Агрегат размещался в здании подстанции и был связан с компенсатором кабелями.

В 60-х годах для повышения эффективности действия синхронных компенсаторов вместо электромашинных возбудителей впервые в мире у нас в стране стали применять системы возбуждения с ртутными выпрямителями, получившие название ионных систем возбуждения. Однако радикальное упрощение системы возбуждения было достигнуто после освоения мощных кремниевых диодов и создания на их основе бесщеточных возбудителей. Такие возбудители, состоящие из обращенной синхронной машины и вращающегося выпрямителя, удалось разместить в объеме щеточно-контактно го аппарата. Разработка бесщеточных систем возбуждения была выполнена В.З. Пекне, В.Ф. Федоровым и В.К. Воробьем.

В 90-е годы получили развитие статические тиристорные компенсаторы. Их преимущество состоит в меньших потерях по сравнению с электромашинными компенсаторами, а недостаток — в несинусоидальности напряжения. Пока количество статических компенсаторов мало, поэтому в эксплуатации по-прежнему остаются синхронные компенсаторы.

Использование явления сверхпроводимости в электротехнике привело к разработке сверхпроводникового синхронного компенсатора. Его преимуществами являются: малые потери, синусоидальная кривая напряжения, низкое индуктивное сопротивление и возможность создания машин большой мощности. Испытание сверхпроводниковой машины в режиме синхронного компенсатора было проведено при мощности 20 MB∙А на стенде ВНИИэлектромаша. Особенно перспективны такие компенсаторы в случае использования высокотемпературных сверхпроводников (на уровне температуры жидкого азота). Разработка таких компенсаторов выполнена под руководством Л.И. Чубраевой. Следует заметить, что в связи с беспазовой конструкцией статора имеется возможность выполнения обмотки статора на напряжение 110 — 220 кВ. Наши работы вызвали большой интерес в зарубежных странах, в частности в Японии и США. В Японии проблема разработки сверхпроводниковых синхронных компенсаторов входит в государственную программу создания сверхпроводниковых электрических машин, а в США в последнее время образована фирма по производству компенсаторов, основанных на применении высокотемпературных сверхпроводников.

6.2.9. КРУПНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (КЭМ)

Эта группа машин всегда была важной составной частью отечественного электромашиностроения. Крупные электрические машины обеспечивают привод вспомогательного оборудования электростанции — насосов, мельниц, дымососов и вентиляторов, широко применяются в металлургии, нефте-, газо- и угледобыче, химической промышленности, ирригационных системах и многих других отраслях и объектах. Для производства КЭМ специально строились и развивались электромашиностроительные заводы.

Первый толчок к развитию крупного отечественного электромашиностроения был связан с осуществлением плана ГОЭЛРО. Завод «Электросила» в 20-х годах XX в. провел модернизацию асинхронных и синхронных двигателей, ранее выпускавшихся по технической документации иностранных фирм.

В 30-е годы были разработаны основные методики расчетов и проектирования КЭМ. Большой вклад в их создание внесли ученые Ленинградского политехнического института, Московского энергетического института, Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ), заводов «Электросила» и ХЭМЗ. Выдвинулась целая плеяда ученых-электромашиностроителей: М.П. Костенко, А.Е. Алексеев, Б.П. Апаров, Р.А. Лютер, В.Т. Касьянов и др., работы которых заложили основы создания крупных машин переменного тока на многие годы вперед. Радикальное развитие получили теория, методы расчета и проектирования. Особое внимание уделялось новым конструкциям и материалам, автоматизации производственных процессов, и электросварочных работ, проектированию уникальных электрических машин.

В эти годы были спроектированы и освоены производством серии крупных машин переменного тока AM, С и СМ. Это позволило обеспечить потребность в двигателях на частоты вращения от 1500 до 375 об/мин и мощностью до 8000 кВт. В этих машинах была достигнута определенная степень унификации, применены двухслойные обмотки, типоразмеры распределены по габаритам. Было образовано два участка серии: 11–15-го и 16–20-го габаритов. Были созданы также специализированные машины и дизельные генераторы. В конце 30-х годов на «Электросиле» начали выпускать асинхронные двигатели частотой вращения 3000 об/мин серии ATM мощностью до 3500 кВт, которые предназначались для привода турбонасосов, турбокомпрессоров, воздуходувок и других быстроходных механизмов. Таким образом, завод «Электросила» стал родоначальником и первым разработчиком большинства серий крупных машин.

В 1943 г. изготовление крупных электрических машин было начато на заводе «Уралэлектротяжмаш», где в короткий срок была доработана и освоена широкая номенклатура асинхронных и синхронных двигателей.

В конце 40-х — начале 50-х годов производство крупных электрических машин начали Ленинградский электромашиностроительный завод (ныне ОАО «Сила»), Лысьвенский турбогенераторный завод (ныне ОАО «Привод») и Новосибирский турбогенераторный завод (ныне ОАО ЭЛСИБ). На этих предприятиях были созданы, в значительной степени с помощью завода «Электросила», собственные научно-технические и конструкторские подразделения. К этому времени назрела необходимость специализации производства, обобщения опыта разработки отдельных типов и серий крупных электрических машин. Важнейшую роль в дальнейшем развитии электромашиностроения, особенно в исследовании новых направлений развития технического прогресса в этой области сыграл созданный в 1950 г. Институт электромеханики АН СССР, ныне ВНИИэлектромаш.

В конструировании двигателей активно участвовали ведущие заводские специалисты, среди которых следует отметить В.К. Федорова и Л.П. Клеймона.

В 1952 г. была начата работа по проектированию единой серии крупных электрических машин переменного тока. В создании единой серии участвовали многие заводы и институты — ВНИИЭМ и Институт электромеханики АН СССР. Теоретические и экспериментальные исследования возглавил И.Д. Урусов. На Ленинградском электромашиностроительном заводе была организована исследовательская лаборатория, а также проектная группа, позднее преобразовавшаяся в Центральное конструкторское бюро крупных электрических машин (ныне ОАО ЦКБ КЭМ). Большой вклад в создание единой серии внесли И.М. Радин, В.Е. Матюков, В.М. Бизня.

В единую серию крупных электрических машин вошли синхронные двигатели серии СДН (14–20-го габаритов), асинхронные двигатели серии АКН (с фазным ротором) и АН (с коротко-замкнутым ротором). В новых сериях была принята жесткая шкала мощностей и частот вращения, которая позже стала основной для стандартизации. Был теоретически обоснован оптимальный ряд внешних диаметров сердечников статоров, разработаны современные подходы к унификации, типовые решения по конструкции обмоток и вылету лобовых частей, сборке и креплению магнитопровода, вентиляционным схемам и элементам. Единая серия не имела аналогов в мировой практике. Она позволила в несколько раз сократить номенклатуру оснастки, применяемых материалов и вместе с тем обеспечивала высокое качество электрических машин.

В 1960 г. правительство приняло решение о внедрении единой серии на всех заводах крупного электромашиностроения. К производству этих машин были подключены новые заводы в Молдавии (г. Тирасполь), на Украине (г. Новая Каховка), а также электромашиностроительный завод им. Владимира Ильича (Москва).