История электротехники - Коллектив авторов

В 1990–1992 гг. были разработаны и прошли карьерные испытания дизель-троллейвозы грузоподъемностью 120 т. Отличительной особенностью указанных машин являлась возможность их работы на выездной траншее от контактной сети постоянного тока номинальным напряжением 750 В (использовалась передвижная подстанция), а при работе на подъездных путях к экскаватору и в отвале питание машины осуществлялось от дизель-генераторной установки.

Автосамосвалы грузоподъемностью 75, 110 и 180 т в настоящее время выпускаются серийно, причем их тяговые электроприводы постоянно модернизируются. В период 1985–1990 гг. были разработаны и производятся электроприводы нового поколения, их основными отличительными качествами являются:

переход на переменно-постоянный ток (синхронный — генератор неуправляемые выпрямители — тяговые электродвигатели постоянного тока);

выполнение силовой цепи по схеме электрического дифференциала, предусматривающей последовательное соединение тяговых электродвигателей с силовым выпрямителем и тем самым обеспечение равенства токов и моментов тяговых электродвигателей;

отсутствие вращающегося возбудителя главного генератора, система его возбуждения — статическая от специальной обмотки, расположенной на статоре генератора;

система автоматического регулирования унифицирована для всех моделей самосвалов и выполнена на базе микроэлектронных компонентов, предусматривает широкие функции диагностики электрооборудования.

Необходимо отметить зарубежные разработки тяговых электроприводов большегрузных карьерных автосамосвалов. Это, например, тяговый электропривод автосамосвалов японской фирмы «Комацу» с колесной формулой 4x2 и грузоподъемностью 120 т, которые широко используются в карьерах России и других стран СНГ. Тяговый электропривод указанных самосвалов (электрооборудование разработано и поставляется фирмой «Toe электрик») выполнен на переменно-постоянном токе с параллельным подключением двух тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением к неуправляемому силовому выпрямителю. Система автоматического регулирования выполнена на микросхемах малой и средней степени интеграции, в электроприводе самосвала используются электромагнитные силовые контакторы тягового и тормозного режимов, а также блок вентилируемых тормозных резисторов, т.е. тяговый электропривод самосвала «Комацу» весьма близок к электроприводам первого поколения автосамосвалов БелАЗ.

Силовая цепь по схеме электрического дифференциала реализована на американских самосвалах «Юклид» грузоподъемностью 134 т с колесной формулой 4x2, также используемых в карьерах стран СНГ. Разработчиком и изготовителем электрооборудования для самосвала «Юклид» является американская фирма «Дженерал электрик». Электропривод самосвала «Юклид» также выполнен на переменно-постоянном токе с неуправляемым выпрямителем тягового синхронного генератора и статической системой возбуждения от специальной обмотки, расположенной на статоре тягового генератора. Отличительной особенностью тягового электропривода самосвала «Юклид» по сравнению с отечественными электроприводами нового поколения является использование тяговых электродвигателей с независимым возбуждением.

В разработку и внедрение тяговых электроприводов для большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ наибольший вклад внесли следующие отечественные ученые и инженеры, а также организаторы производства и науки: З.Л. Сироткин, СИ. Каган, А.П. Пролыгин, Ю.И. Фельдман, Ю.М. Андреев, Я.А. Брискман, А.Д. Машихин, М.П. Аскинази, В.В. Селиверстов, Г.И. Дорогуш, B.C. Краснов и др. [8.30–8.33].

8.4. АВИАКОСМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

8.4.1. АВИАЦИОННОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Электроэнергия является одним из основных видов энергии, используемой на борту летательных аппаратов. Потребителями электрической энергии являются практически все виды авиационного оборудования. Развитие системы электрооборудования происходило одновременно с развитием самой авиации.

По мере появления новых типов летательных аппаратов, изменения технических требований менялся качественный и количественный состав систем электрооборудования, совершенствовались его характеристики [8.34–8.36].

Практическое применение электрическая энергия нашла в системах зажигания топливно-воздушной смеси в авиационных двигателях. Большая роль в создании теории и практики систем зажигания принадлежит B.C. Кулебакину. Им построена теория рабочих процессов в магнето высокого напряжения. В развитии теории систем зажигания большая заслуга также принадлежит А.Н. Ларионову.

Источники электрической энергии на борту летательных аппаратов появились практически одновременно с созданием самих летательных аппаратов. Так, на самолетах «Илья Муромец» разработки И.И. Сикорского использовался источник электроэнергии мощностью 500 Вт.

В период первой мировой войны электроэнергия использовалась на самолетах в устройствах радиосвязи, освещения, как внутреннего, так и наружного. В качестве источника электроэнергии использовался генератор переменного тока мощностью 200 Вт с приводом от ветряного двигателя или вала авиационного двигателя.

В середине 20-х годов для питания радиоустройств применялся генератор постоянного тока напряжением до 12 В. В 1933–1934 гг. напряжение было повышено до 24 В с одновременным увеличением мощности генератора до 1 кВт. Привод от ветряного двигателя был заменен приводом от авиационного двигателя. Для обеспечения заданных требований по надежности генератор постоянного тока работал параллельно с аккумуляторной батареей.

Важным этапом в развитии электрооборудования самолета явилось создание в 1939 г. в СССР пикирующего бомбардировщика конструктора В.Н. Петлякова. На этом самолете были впервые применены различные виды электроприводов, обслуживающие различные органы управления самолетом, в том числе посадочные щитки, стабилизатор, управление радиаторами, триммерами, шасси и др. В качестве приводов использовались дистанционно управляемые системы. Аналогичные разработки за рубежом начали проводиться только через 3 года.

Внедрение на самолетах нового вида оборудования потребовало применения мощных источников электрической энергии. Следует отметить особую заслугу в создании генераторов переменного тока А.Н. Ларионова, под руководством которого была выполнена разработка генератора переменного тока для самолета «Максим Горький».

До конца 40-х и начала 50-х годов основным источником питания являлись коллекторные генераторы постоянного тока, установленные через редуктор на авиационных двигателях. Как правило, число генераторов соответствовало числу авиационных двигателей. Генераторы включались на параллельную работу между собой и с аккумуляторной батареей.

В конце 40-х — начале 50-х годов была проведена разработка стартер-генераторов. Использован принцип обратимости электрической машины, а также то обстоятельство, что электрическая машина устанавливалась непосредственно на авиационном двигателе. При этом в режиме запуска электрическая машина работала как стартер. После запуска электрическая машина переводилась в режим генератора. Таким образом был осуществлен автономный запуск двигателей самолета, что значительно улучшило условия его эксплуатации.

Значительный рост потребителей электроэнергии обусловил и увеличение установленной мощности источников энергии. На некоторых типах летательных аппаратов использовалось восемь генераторов мощностью 12 кВт каждый.

Впоследствии коллекторные генераторы были заменены на бесколлекторные. В развитии оборудования летательных аппаратов наметилась устойчивая тенденция к использованию электрической энергии переменного тока. В этой связи в энергетическую систему потребовалось включить преобразователи постоянного тока в переменный.

Дальнейший рост потребления электроэнергии начал сдерживаться значительным увеличением массы как самих источников электроэнергии, так и систем ее распределения.

Эффективным способом уменьшения массы электрооборудования, как известно, является переход на более высокий уровень напряжения. Вместе с тем повышение уровня напряжения сдерживается наличием коллектора, ухудшением условий коммутации, особенно на больших высотах полета.

Таким образом, назрела необходимость перевода электроэнергетической системы самолета с постоянного тока на переменный как основной вид электроэнергии. Этому переходу предшествовало применение генераторов переменного тока, в основном однофазных, для питания мощных радиолокационных установок.

В конце 40-х и начале 50-х годов во всем мире и в нашей стране велись интенсивные работы по разработке и внедрению электроэнергетических систем переменного тока. Однако внедрение переменного тока на борту летательного аппарата натолкнулось на целый ряд трудностей, основной из которых является осуществление параллельной работы генераторов переменного тока. Известно, что параллельная работа электрических генераторов постоянного тока может быть реализована при различных частотах их вращения. Условием параллельной работы генераторов переменного тока является их синфазная работа, что не может быть обеспечено в реальных условиях полета.