ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ И ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ 3 страница

Гидрогенераторы с горизонтальным валом применяются в быстроходных агрегатах с ковшовыми турбинами на горных реках с большими напорами, в капсульных агрегатах и для малых ГЭС (МГЭС).

Я.Б. Данилевич (ВНИИэлектромаш) разработал, а тираспольский завод «Электромашина» изготовил два образца гидрогенераторов горизонтального типа для Эшкаконской МГЭС и вертикального типа для Курской МГЭС. Первый генератор имел мощность 750 кВ∙А, напряжение 6,3 кВ и коэффициент мощности 0,8, номинальную частоту вращения 1000 об/мин и угонную 2000 об/мин. Ротор неявнополюсного исполнения, его сердечник собран из листовой электротехнической стали. На валу машины с одной стороны консольно насажено рабочее колесо радиально‑осевой турбины, с другой – маховик для обеспечения устойчивой параллельной работы машины и для устранения гидроудара в трубопроводе в связи с быстрым закрытием направляющего аппарата турбины. Демпферная обмотка образована медными полосами под клиньями пазов, замкнутыми в зоне лобовых частей. Клинья обмотки статора – магнитные. Второй генератор характеризовался следующими показателями: мощность 625 кВ∙А, напряжение 6,3 кВ, коэффициент мощности 0,8, номинальная частота вращения 428,6 об/мин, угонная 1070 об/мин. Генератор соединен с поворотно‑лопастной турбиной. В полюсных наконечниках уложена замкнутая продольно‑поперечная демпферная система.

К самым крупным зарубежным достижениям в области гидрогенераторостроения относится создание фирмой ABB машин для гидроэлектростанции Итайпу мощностью в единице 824 MB∙А, частотой вращения 90,9 об/мин, 60 Гц.

К отдельному виду гидрогенераторов относятся асинхронизированные машины. В сущности, это машины двойного питания. Частота вращения ротора может быть меньше или больше синхронной в зависимости от направления вращения его собственного магнитного поля. Первый гидрогенератор такого типа мощностью 40 МВт и частотой вращения 136,4 об/мин был предложен в нашей стране М.М. Ботвинником и введен в эксплуатацию на Иовской ГЭС в 1962 г. Он отличается от обычного тем, что имеет неявнополюсный ротор с двумя симметричными распределенными обмотками волнового типа, смещенными на 90°. В отличие от обычного генератора асинхронизированный может иметь несинхронную частоту вращения, определяемую частотой двухфазного преобразователя и задаваемую автоматическим регулятором. При коротких замыканиях машина переходит на работу с другим скольжением относительно синхронного магнитного поля. Наряду с преимуществами режимного плана есть и недостатки: несколько большие размеры, стоимость, а также необходимость выемки ротора при ремонте.

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.

6.2.8. СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ

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.

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).

Единая серия дала толчок к созданию других специализированных серий КЭМ. Были разработаны и внедрены серия синхронных двигателей типа СДК и СДКП для привода компрессоров, мельниц, экскаваторов и др., дизельные генераторы СГД на частоту вращения 300 и 375 об/мин.

На Новосибирском турбогенераторном заводе большие работы были проведены по совершенствованию конструкции и технологии изготовления роторов, развитию номенклатуры серии асинхронных турбодвигателей типа АТД, в которых принимали участие К.Н. Масленников, Ю.В. Аргунов. В дальнейшем этот завод разработал новые высокочастотные преобразователи частоты для индукционных печей.

Завод «Уралэлектротяжмаш» на базе единой серии освоил выпуск асинхронных электродвигателей типа ВАН (АВ) и синхронных типа ВСДН (СДВ) для гидравлических насосов. Машины имели упорные подшипники (подпятники), что позволяло воспринимать значительные осевые нагрузки от реакции воды и массы вращающихся частей насоса.

Важным достижением стало создание синхронных двигателей на частоту вращения 1500 об/мин с массивными полюсами (З.Б. Нейман и Ю.Н. Герасименко).

Заводом «Электросила» взамен двигателей ДАМСО были разработаны серии асинхронных двигателей типа А и ДАЗО (12–13‑го габаритов, мощностью до 1000 кВт). Эти машины стали самыми массовыми в производстве (Ленинградский электромашиностроительный завод). На этом заводе внедрены алюминиевые сварные обмотки роторов асинхронных короткозамкнутых двигателей, давшие очень большой экономический эффект и поднявшие надежность конструкций обмоток и роторов.

На заводе «Электросила» были разработаны также и более крупные асинхронные электродвигатели ДАЗО 15–19‑го габаритов, в том числе двухскоростные с самостоятельными обмотками на каждую частоту вращения; синхронные генераторы для морского флота.

Таким образом, в 50–60‑е годы были заложены основы создания современных серий, разработана и внедрена широкая номенклатура крупных электрических машин, созданы новые производственные мощности для их изготовления. В этот период выпуск КЭМ увеличился более чем в 2 раза, что позволило практически полностью обеспечить потребность в них всех отраслей народного хозяйства.

Следующий период развития крупного электромашиностроения был связан с совершенствованием технико‑экономических показателей машин, внедрением новых прогрессивных систем высоковольтной изоляции и полупроводниковых систем возбуждения.

На заводе «Сибэлектротяжмаш» (г. Новосибирск) были разработаны высокоэффективные серии асинхронных турбодвигателей АТД2 и в последующем АТД4 мощностью до 8000 кВт. Там же были созданы новые преобразователи частоты, в которых удалось разместить в одном корпусе двигатель и генератор, а за счет вертикального исполнения уменьшить габариты агрегатов.

^{Рис. 6.6. Крупный асинхронный двигатель закрытого исполнения с обдувом мощностью 800 кВт, частотой вращения 1500 об/мин, напряжением 6 кВ (серия ДАЗО 4)}

На базе новых материалов и технологий были разработаны ЦКБ КЭМ серии асинхронных электродвигателей А4 и ДА304 (рис. 6.6). Выбор параметров, уровня нагрузок и проведение расчетов выполнил С.А. Макаровский, а отработку схем вентиляции и охлаждения – В.Н. Васильев, максимальную степень унификации конструкции обеспечил Л.М. Миттельман, координацию работ по новой серии, включая технико‑экономические обеспечение, стандартизацию, организацию и оптимизацию производства, осуществил Г.С. Васильев. Эти серии на многие годы стали определять технический уровень электрических машин напряжением 6000 В, мощностью от 200 до 2000 кВт. В настоящее время эти двигатели выпускаются на АО «Сила», АО «Сафоновский электромашиностроительный завод» и АО «Привод».

В последние годы темпы создания новых серий и типов машин и исследований в области крупных электрических машин замедлились. В настоящее время ведутся исследования в области электродвигателей с регулируемой частотой вращения, выпускаются опытные образцы и отдельные партии.

В связи с тем что некоторые заводы крупного электромашиностроения из‑за распада СССР оказались в других странах, а российские заводы имеют резервы мощностей, то научно‑исследовательскими институтами, конструкторскими бюро и заводами были проведены работы по разработке и освоению производства серий и типов машин, ранее изготавливавшихся вне России. Наиболее существенной работой является создание новой серии асинхронных двигателей типа АОД для привода вспомогательных механизмов электростанций. Двигатели этой серии отличаются удачной компоновкой, повышенной надежностью и высокими энергетическими показателями. Разработка велась в ТОО НеоКЭМ и ОАО ЦКБ КЭМ. Наибольший вклад в создание этой серии внесли Г.С. Васильев, В.Н. Васильев, А.И. Лапигин. Серия выпускается ОАО «Сила».

6.2.10. ВЕНТИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Вентильные электродвигатели представляют собой синтез электрической машины (двигателя) и полупроводникового преобразователя. Они позволяют регулировать частоту вращения в широких пределах. По конструкции вентильный электродвигатель подобен синхронной машине. На его валу имеется датчик положения, выходные сигналы которого воздействуют на устройства управления полупроводниковыми приборами преобразователя постоянного тока в переменный (инвертора) или переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты (преобразователя с непосредственной связью). Преобразователь подключается к обмотке статора. Ротор двигателя может быть выполнен в виде двухполюсного электромагнита или постоянного магнита. В результате двигатель с полупроводниковым коммутатором имеет характеристики коллекторного двигателя постоянного тока. Если источник питания имеет переменное напряжение и в качестве коммутатора используется инвертор, то система дополняется выпрямителем.

Идея создания вентильного двигателя, который должен был стать бесколлекторным аналогом электрической машины, снабженной механическим коллектором и щетками, возникла в 30‑е годы XX в. в СССР. Эта идея связана с именем Д.А. Завалишина. В те же годы работы велись М.М. Губановым, О.Г. Вегнером и Б.Н. Тихменевым, исследовавшими вопросы теории и принципы функционирования вентильных двигателей и предложившими ряд новых схем. Несколько позже Ф.И. Бугаев и Е.Л. Эттингер занимались вопросами электропривода с вентильными двигателями и регулированием частоты вращения вентильных двигателей.

Работы этих лет ориентировались на применение громоздких ионных приборов, входивших в состав коммутаторов вентильных двигателей, что ограничивало их практическое применение.

Толчком к развитию работ по бесконтактным двигателям постоянного тока послужило появление транзисторов, обладающих хорошими переключающими свойствами и компактностью, а также острая потребность космонавтики и авиационной техники в двигателях, способных надежно работать длительное время в сложных условиях без обслуживания.

Во ВНИИэлектромаше (г. Ленинград) под руководством И.Е. Овчинникова и Н.И. Лебедева в начале 60‑х годов были начаты интенсивные работы в области теории, методов расчета схем и конструкций бесконтактных двигателей постоянного тока, их компонентов, а также полупроводниковых коммутаторов [6.41]. Были опубликованы первые научные статьи и получены первые авторские свидетельства. В течение 60‑х и начала 70‑х годов создается работоспособный коллектив специалистов, внесших заметный вклад в развитие вентильных двигателей. Здесь следует упомянуть таких специалистов, как Н.П. Адволоткин (вопросы конструкции и прочности роторов с постоянными магнитами высокоскоростных вентильных двигателей), В.Т. Гращенков (вентильные двигатели для приборной автоматики), В.Н. Ганжу (электромагнитные расчеты вентильных двигателей малой и средней мощности), Я.Н. Явдошак (вентильные двигатели для бытовой электротехники).

^{Рис. 6.7. Вентильный электродвигатель с ротором из редкоземельных постоянных магнитов}

Параллельно и приблизительно в это же время развивалась и московская школа по бесконтактным двигателям постоянного тока. Бесспорным ее лидером стал И.А. Вевюрко (ВНИИЭМ). Его работы были направлены на внедрение бесщеточных двигателей в различные области специальной техники. Эти задачи успешно решались.

Следует упомянуть и заметную роль вузовских ученых, внесших серьезный вклад в развитие вентильных двигателей. Это А.А. Дубенский (Московский авиационный институт), Л.Я. Зиннер, А.И. Скороспешкин (Куйбышевский, ныне Самарский, политехнический институт), В.А. Балагуров и В.К. Лозенко (Московский энергетический институт), которые опубликовали ряд книг и учебных пособий по вентильным двигателям, а также принимали участие в разработках некоторых типов этих двигателей.

Внедрение в массовое производство бесконтактных двигателей постоянного тока на электротехнических заводах было осуществлено в начале 70‑х годов ВНИИэлектромашем. Это были двигатели серий БДС‑1 и БДС‑02 для аппаратуры звукозаписи. В свою очередь, ВНИИЭМ внедряет в конце 60‑х и начале 70‑х годов отдельные исполнения, а затем и серию вентильных двигателей для специальной техники.

Впоследствии с ростом мощности выпускаемых силовых транзисторов и появлением современных постоянных магнитов И.Е. Овчинниковым с Н.П. Адволоткиным и А.Г. Вдовиковым были разработаны более мощные вентильные двигатели (до 20 кВт) для станкостроения и роботехники (рис. 6.7) серий ДВУ, 2ДВУ (цилиндрические), ЗДВУ (дисковые), освоенные промышленностью (Днепропетровский электромеханический завод).

Большой вклад в создание вентильных двигателей внес Всесоюзный научно‑исследовательский институт релестроения (ВНИИР, г. Чебоксары) во главе с А.Д. Поздеевым, под руководством которого были разработаны и внедрены в промышленность транзисторные коммутаторы (преобразователи) серии ЭПБ и системы управления.

Параллельно развивалась и техника мощных вентильных двигателей с коммутаторами на тиристорах. В Москве Центральный научно‑исследовательский институт Министерства путей сообщения (ЦНИИ МПС) (Б.Н. Тихменев, Н.Н. Горин, В.А. Кучумов, В.А. Сенаторов) разрабатывает и пускает в опытную эксплуатацию вентильный двигатель с электромагнитным возбуждением мощностью 900 кВт для электровозов. Во ВНИИэлектромаше (И.Е. Овчинников, В.Н. Рябов) совместно с Лысьвенским турбогенераторным заводом разрабатываются мощные быстроходные вентильные двигатели (6–20 МВт) для нефте‑ и газоперекачивающих агрегатов; выполнены мощные (100–500 кВт) тихоходные вентильные двигатели (Н.И. Лебедев), созданы пусковые тиристорные устройства по схеме вентильного двигателя (В.И. Левин, В.И. Климов, Е.А. Крутяков).

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.

6.2.11. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

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.