Коллектив авторов - История электротехники

В объединении «Электросила» были выполнены интересные проекты по гребным вентильным двигателям и тихоходным вентильным двигателям для мельниц.

Интересные работы по теории вентильных двигателей с электромагнитным возбуждением и коммутацией на тиристорах были опубликованы в 70–80-х годах А.К. Аракеляном, А.А. Афанасьевым, И.Е. Овчинниковым, Б.Н. Тихменевым [6.42–6.45].

Развитие вентильных двигателей происходит в настоящее время настолько интенсивно, что многие специалисты прогнозируют в некоторых областях почти полное вытеснение ими в будущем традиционных машин постоянного тока.

Синхронная машина, система возбуждения и автоматический регулятор возбуждения представляют собой единый комплекс, обеспечивающий эффективную работу генераторов и двигателей. На протяжении длительного времени в качестве возбудителя крупных синхронных машин использовались коллекторные генераторы постоянного тока. Они обычно размещались на общем валу с главной машиной. Реже возбудитель входил в состав отдельного агрегата, состоящего из генератора и асинхронного двигателя. Коллекторы генераторов постоянного тока требовали систематического ухода. Генераторы имели значительную электромагнитную инерционность.

В послевоенные годы в нашей стране начались пионерские работы по использованию управляемых вентилей вместо механических коммутаторов-коллекторов. Сначала исследования проводились на лабораторных установках, а затем были созданы и проверены в эксплуатации опытно-промышленные ионные возбудители. В Ленэнерго такая установка была выполнена для гидрогенератора мощностью 33 MB∙А Нижнесвирской ГЭС. Разработка и испытания проходили под руководством И.А. Глебова и С.Ф. Зонова. Авторство и руководство в создании и испытании опытно-промышленной системы ионного возбуждения турбогенератора мощностью 3 МВт на ТЭЦ № 7 Мосэнерго принадлежат Ю.А. Шмайну. Опытно-промышленная установка гидрогенератора мощностью 55 МВт для Рыбинской ГЭС была создана и испытана с участием В.Я. Масольда. В первых двух установках использовались ртутные вентили — игнитроны, а в третьей — откачные ртутные вентили. В первой и третьей установках выпрямители подключались к вспомогательным синхронным генераторам, а во второй установке — к трансформатору, получавшему питание от сети.

После проведения всесторонних испытаний и накопления опыта эксплуатации в 1957–1967 гг. начались разработка и создание систем ионного возбуждения для мощных гидрогенераторов ряда ГЭС (Волжские, Братская, Нурекская, Усть-Илимская, Красноярская, Саяно-Шушенская, Ингушская, Капчагайская, Саратовская, Кременчугская, Асуанская) и для турбогенератора мощностью 30 МВт ТЭЦ-16 Мосэнерго, а также для мощных синхронных компенсаторов (75 и 100 MB∙А).

В связи с отсутствием в то время тиристоров выпрямители создавались на основе ртутных вентилей производства завода «Уралэлектротяжмаш». Их номинальный ток составлял 500 А, а напряжение 2500 В. В системах ионного возбуждения гидрогенераторов применялись вспомогательные синхронные генераторы. Они размещались между крестовиной и активной частью гидрогенератора. Их особенностью является то, что они имеют большой диаметр и малую длину. Так, например, наружный диаметр генератора Волжской ГЭС в районе г. Самары равен 850 см, а длина его сердечника 24 см.

Вспомогательные синхронные генераторы были разработаны и созданы на заводе «Электросила».

В связи с высокой кратностью форсирования (предельное напряжение возбуждения равно четырехкратному значению номинального напряжения) и практически безынерционным действием управляемых вентилей был достигнут наиболее высокий уровень динамической устойчивости машин и линий электропередачи.

Наряду с разработками систем ионного возбуждения для гидрогенераторов велись разработки систем ионного возбуждения для синхронных компенсаторов, которые были применены для подстанций на приемном конце линий электропередачи главным образом напряжением 500 кВ.

Широкое внедрение систем возбуждения с управляемыми преобразователями вместо электромашинных возбудителей было осуществлено впервые в мире в нашей стране. В дальнейшем переход на системы возбуждения с управляемыми вентилями был сделан и в зарубежной практике электромашиностроения.

Наибольший вклад в реализацию нового важного технического направления внесли И. А. Глебов (разработка теории, исследования на опытно-промышленной установке и на электродинамической модели); Е.М. Глух, М.А. Смирнитский, Г.В. Чалый, Ю.А. Шмайн, Е.Л. Эттингер (разработка, испытания и исследования на промышленных установках); А.И. Казанцев, Л.С. Флейшман (разработка и создание оборудования); В.Я. Масольд (наладочные работы и испытания на опытно-промышленной установке). Всем указанным специалистам была присуждена Государственная премия СССР за 1968 г.

После освоения полупроводниковых вентилей дальнейшее развитие систем возбуждения гидрогенераторов, турбогенераторов, синхронных компенсаторов и крупных синхронных машин проходило на основе использования кремниевых тиристоров и диодов.

Одна из первых и самых крупных тиристорных систем возбуждения гидрогенераторов была смонтирована на Красноярской ГЭС. Разработка системы была сделана ВНИИэлектромашем совместно с производственным объединением «Уралэлектротяжмаш». Ее внедрение было осуществлено в 1976 г. при самом активном участии персонала ГЭС во главе с В.И. Брызгаловым. Мощность гидрогенератора равна 500 МВт, а вспомогательного синхронного генератора 7,65 MB∙А. Наружный диаметр последнего составляет 840, а длина его сердечника 38 см. Для преобразователей применены тиристоры со средним током 330 А и классом напряжения 20 и более. Общее количество тиристоров 180, они имеют водяное охлаждение. Как и для ионной системы возбуждения, кратность форсирования составляет 4.

Самая мощная тиристорная система возбуждения турбогенератора относится к машине мощностью 800 МВт и частотой вращения 3000 об/мин. Здесь возбудительно-вспомогательный турбогенератор мощностью 6 МВт устанавливается в своих подшипниках, роторы главной и вспомогательной машин соединяются муфтой, кратность форсирования принимается равной 2.

Рассмотренные выше системы возбуждения являются независимыми, так как в них применяется вспомогательный синхронный генератор. В таких системах необходимо иметь тиристорные преобразователи и автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) как для главной, так и для вспомогательной машины. Система возбуждения существенно упрощается, если перейти на схему самовозбуждения. В этом случае обмотка ротора получает питание от выпрямителя, подключенного ко вторичной обмотке выпрямительного трансформатора. Его первичная обмотка присоединяется к выводам генератора. Системы самовозбуждения стали все более широко применяться как для турбогенераторов, так и для гидрогенераторов.