Коллектив авторов - История электротехники

Асинхронизированные машины другого типа — турбогенераторы мощностью 200 МВт были созданы на заводе «Электротяжмаш» (г. Харьков).

В последние годы выявилась возможность повышения КПД гидроагрегата за счет работы в зоне максимального КПД по универсальной характеристике при различных частотах вращения в зависимости от напора. Такая возможность особенно важна для низконапорных ГЭС при суточном регулировании, а также для гидроаккумулирующих электростанций.

К числу оригинальных решений гидрогенераторов относятся высоковольтные машины. Под руководством А.В. Иванова-Смоленского был разработан гидрогенератор мощностью 14,5 МВт, напряжением 121 кВ, изготовленный заводом «Уралэлектротяжмаш» и установленный на Сходненской ГЭС, где он прошел испытания. Накопленный опыт позволил внести ряд конструктивных усовершенствований и разработать проект гидрогенератора мощностью 103,5 МВт, напряжением 165 кВ для Днепровской ГЭС-2. К сожалению, этот интересный проект не получил реализации из-за неподготовленности производства, особенно высоковольтных обмоток.

Повышение коэффициента мощности в системах электропотребления достигается установкой конденсаторных батарей и применением синхронных двигателей в режиме генерации реактивной мощности. По мере развития энергетических систем наряду с синхронными двигателями стали применяться синхронные машины без активной нагрузки на валу, т.е. лишь для выработки реактивной мощности. Такие машины получили название синхронных компенсаторов. За счет выдачи и потребления реактивной мощности синхронные компенсаторы способствуют поддержанию напряжения в местах их подключения. Сначала синхронные компенсаторы выполнялись с воздушным охлаждением, а затем для более мощных машин был сделан переход на водородное охлаждение.

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.

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.