CC BY
45
Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2009 год № 2 (2)
05.00.00 Технические науки
УДК 629.12: 621.3: 681.3
Г.Е.Кувшинов
Кувшинов Геннадий Евграфович - д-р техн. наук, профессор кафедры электрооборудования, автоматики и электротехнологий ДВГТУ. Е-mail: kuvsh @marine.febras.ru
55 ЛЕТ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ
ФАКУЛЬТЕТЕ ДВГТУ (ДВПИ)
Показаны результаты научных исследований автора и его научной школы по следующим направлениям: системы возбуждения судовых синхронных генераторов; повышение надёжности и диагностика судового электрооборудования; управление морскими подвижными объектами; регулирование и стабилизация токов и напряжений; измерение токов с помощью дифференцирующих индукционных преобразователей; электроснабжение подводных объектов.
Ключевые слова: системы возбуждения судовых синхронных генераторов, диагностика судового электрооборудования, системы управления и электроснабжения морских подвижных объектов, измерение токов, дифференцирующие индукционные преобразователи.
Gennady E. Kuvshinov 55 YEARS OF SCIENTIFIC RESEARCH AT ELECTROTECHNICAL FACULTY OF FAR EASTERN NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY (FAR EAST POLYTECHNIC INSTITUTE)
The article shows the results of the scientific research carried out by the author and his scientific school in the following fields: excitation systems for marine synchronous generators, improvement of reliability and diagnostics of onboard electrical equipment; control of movable objects at sea, regulation and stabilization of current and voltage; measurement of electric current by means of transductors; electric power supply of underwater objects.
Key words: excitation systems for marine synchronous generators, diagnostics of onboard electrical equipment, control of movable objects at sea, electric power supply of underwater objects, measurement of electric current, transductors.
Студенческие годы
Некоторых студентов нашей группы (специальность «Электрооборудование судов») стали приобщать к научным исследованиям с первого курса, в 1954/55 учебном году. Это произошло после первой сессии, когда на каждом экзамене мы получили от 18 до 20 оценок «отлично». Такой высочайший результат имел простое объяснение: в группе учились 17 медалистов, а остальным пришлось выдержать конкурс с 28 проходными баллами из 30. Доцент
В.Г.Попов, который руководил кафедрой теоретической и общей электротехники (ТОЭ), через меня, старосту группы, передал приглашение участвовать в диагностике состояния трамвайных путей. Вдвоём с Э.А.Кайданом мы прошли от ул. Луговой до вокзала, а от него - до кольца на 3-й Рабочей улице всего за один день. Измеряли потерю напряжения на каждом рельсовом стыке и напряжения между рельсами и вбитом в землю штыком на расстоянии 1 м и 10 м от рельса у каждого опорного столба. Оказалось, что ток не проходил по плохим контактам между рельсами. Он переходил, например, по трубам от вокзала в б. Золотой Рог, а потом на ул. Луговую. По пути этот ток, называемый блуждающим, разъедал трубы и корпуса кораблей, стоящих на ремонте в бухте.
Вскоре во Владивостоке началась реконструкция трамвайного пути. После сварки рельсов уровень блуждающих токов снизился до допустимых значений. Мы получили большое удовлетворение от такого завершения научной работы.
Следующее задание, уже на втором курсе, - определить, как изменяются электрические и механические свойства изоляции кабелей в ходе их эксплуатации. Для ускоренного старения изоляции мы нагревали в термостате отрезки кабелей и проводили измерение их параметров. Запомнилось простое эмпирическое правило: срок службы изоляции сокращается в два раза при увеличении на 10° С её температуры. Эта работа вызвала интерес к преобразованиям координат и к поиску изящных и точных аппроксимирующих функций.
На третьем курсе три студента нашей группы и столько же студентов четвёртого курса изучали потери в трансформаторе и его нагрев при разной нагрузке. Студент четвёртого курса Е.М.Певзнер (потом стал ведущим сотрудни-
ком московского завода «Динамо» и соавтором нескольких монографий и учебных пособий по судовому электроприводу) рассчитывал зависимость температуры нагрева от времени по опытным значениям потерь мощности холостого хода и короткого замыкания, используя метод академика К.И.Шенфера. Я же выполнил подобный расчёт по методу нашего руководителя, доцента Ш.И.Лапидуса. Выяснилось, что последний метод, к нашей радости, оказался точнее. Полученные результаты Ш.И.Лапидус опубликовал в статье, включив нас в соавторы.
На четвёртом курсе я стал работать на кафедре ТОЭ лаборантом. Под руководством М.А.Каца (ныне профессор этой кафедры) мы со студентом
С.Б.Кондрашовым восстановили трофейный генератор прямоугольных импульсов с напряжением до 4 кВ и мощностью до 4 кВт, у которого отсутствовали многие радиолампы. Пришлось также внести некоторые изменения в схему задающего генератора переменной частоты. Мы втроём демонстрировали работу генератора импульсов на научно-технической конференции ДВПИ.
На четвёртом курсе я стал первым председателем студенческого научного общества ДВПИ. В этом качестве участвовал в организации работ по изготовлению самоходного робота, который наш руководитель И.Д.Кочубиевский (позже стал доктором технических наук и одним из организаторов Института автоматики и процессов управления ДВО РАН) назвал «Кентавром». В этом ему помогал его товарищ - В.А.Стражмейстер. «Кентавр» ездил, направляясь на свет фонаря, когда аккумуляторы разряжались, и убегал от света после окончания зарядки. Мог объезжать препятствия после столкновения с ними. Когда попадал в угол, то у него хватало «ума» после третьей неудачной попытки обойти препятствие, развернутся и уехать прочь. Услышав свисток, «пугался» и на время замирал. Участвовало в работе несколько студентов нашего факультета: В.И.Чернышёв - президент научного кружка, Ю.Н.Богородицкий (будущий главный конструктор завода «Радиоприбор»), Е.Зельвянский, И.Б.Колмаков, И.Меженный, Ю.М.Муханов. Все они стремились изготовить «ум» «Кентавра», склеить и раскрасить его корпус, но не хотели заниматься электродвижением и
рулевой установкой. Мне пришлось самому составлять математическую модель и интегрировать момент трения, распределённый по площади контакта колеса с полом. Расчёт оказался точным. Было приятно видеть, как ректор ДВПИ В.А.Самохвалов бегал по аудитории 33 за «Кентавром» и светил ему в глаза фонариком. Ведь это был второй робот такого типа в СССР и чуть ли не третий в мире, после изготовленных в США и киевском институте АН УССР. Там их называли черепахами.
Системы возбуждения судовых синхронных генераторов
Тему своего дипломного проекта я предложил сам: «Система прямого амплитудо-фазового компаундирования генератора типа МС 82-4». Руководил дипломным проектом А.В.Морозов. К тому времени системы прямого амплитудно-фазового компаундирования (ПАФК) судовых синхронных генераторов стали бурно развиваться во всём мире, вытесняя системы возбуждения с возбудителями и угольными регуляторами напряжения. Но в СССР к их выпуску ещё не приступали. Материалы по этим системам нашёл в ЦНИИ Морского флота (ЦНИИМФ), где проходил преддипломную практику. На основании немецких статей в течение нескольких часов разработал методику расчёта параметров таких систем. Прохождение практики свелось к расчёту этой системы для лабораторного генератора ЦНИИМФ и изготовлению трёхфазного реактора для неё. Был в ЛЭТИ на защите диссертации Ю.Б.Мерзлютина, первой в СССР по системам ПАФК. Во время плавательной практики на теплоходе «Г.Орджони кидзе», на котором были установлены первые в СССР, изготовленные в ГДР, судовые синхронные генераторы (СГ) с системами ПАФК, изучил техническую документацию и особенности конструкции этой системы. За время дипломного проектирования изготовил все элементы лабораторной системы ПАФК, собрал её, настроил и испытал. До сих пор стенд с этой системой используется в учебном процессе.
Автоматическое регулирование возбуждения судовых электрических машин стало одним из основных направлений исследований научной школы кафедры электрооборудования и автоматики судов ДВПИ.
Доцент нашей кафедры В.Н.Шпринцин (позже Морев) под руководством И.Д.Кочубиевского с конца 50-х гг. готовил диссертацию по регулированию напряжения и частоты судовых валогенераторов. В.Н.Шпринцин в 1965 г. издал в «Судостроении» книгу «Судовые валогенераторы». В том же году он защитил кандидатскую диссертацию и вернулся в Ленинград.
Два года (сначала ассистентом, а через год старшим преподавателем) на кафедре электрооборудования судов (ЭОС) я по хоздоговорам с Дальневосточным пароходством занимался настройкой и модернизацией регуляторов напряжения СГ на судах «А.Можайский» и «Советский Союз». Вместе со своим дипломником изготовил и установил на морском буксире для постоянной эксплуатации систему ПАФК.
В 1962 г. поступил в аспирантуру кафедры электрооборудования и автоматики судов (ЭАС) ЛЭТИ. Диссертацию подготовил по предложенной мной теме «Системы прямого компаундирования судовых синхронных генераторов переменной частоты». В неё вошли материалы изданных в «Промышленности Приморья» статей и совместной с А.В.Морозовым монографии «Расчет систем прямого амплитудно-фазового компаундирования». По хоздоговору ЛЭТИ с ЦКБ Речного флота (ЦКБ РФ) была изготовлена система ПАФК с индуктивными компаундирующими сопротивлениями для валогенератора, установленного на новейшем высокоавтоматизированном буксире «Невский-1». Пластины для сердечников реакторов и трёхфазных трансформаторов тока системы ПАФК нарубил завод «Электрик», а изготовление этих элементов выполнили в электромеханических мастерских Октябрьской железной дороги. Испытания системы ПАФК на буксире провёл в рейсе до Ладожского озера и обратно. Экипаж буксира был очень доволен результатами испытаний. Весь рейс электроэнергию вырабатывал синхронный валогенератор. Его напряжение изменялось пропорционально скорости гребного вала, что и требуется для питания асинхронных двигателей. Экономия за счёт снижения стоимости электроэнергии получилась заметная. Прежде установленная на буксире система возбуждения вало-генератора поддерживала его напряжение постоянным и, чтобы не повредить
двигатели судовых электроприводов, могла работать только при полном ходе буксира. Экипаж предпочитал вообще не включать валогенератор, т.к. износ дизель-генератора при каждом запуске его был таким же, как за шесть часов его работы под нагрузкой. На защиту моей диссертации без приглашения пришёл весь экипаж буксира.
В отчёте по договору с ЦКБ РФ предлагалось устанавливать не один, а два, расположенных на одном валу, синхронных валогенератора. Один из них питал все двигатели судна. Другой, снабжённый резонансной системой ПАФК, поддерживал на дополнительной секции ГРЩ напряжение постоянным и питал сеть освещения и нагревательных приборов. Эта система ПАФК была признана изобретением. ЦКБ РФ и Министерство речного флота планировали поручить изготовление СГ с двумя разработанными системами ПАФК Ереванскому электромеханическому заводу.
В диссертацию вошли также материалы отчёта по хоздоговору с ЦКБ «Морпромсуд». Кафедра ЭАС ЛЭТИ разработала систему ПАФК для главных СГ траулеров-электроходов с винтом регулируемого шага (ВРШ), серия которых должна была строиться на судостроительном заводе в г. Николаеве. Предполагалось, что запуск синхронного гребного двигателя будет производиться от одного дизель-генератора при частоте 25 Г ц. При этом ВРШ работал с нулевым упором. Затем этот дизель-генератор увеличивал свою частоту до 50 Гц и его СГ вместе с гребным двигателем подключали параллельно к остальным шести СГ. Испытания макета показали, что разработанная система возбуждения при частоте 25 Гц не может обеспечить нужный пусковой ток гребного двигателя -даже при коротком замыкании СГ его ток был практически равен нулю. Это подтвердили и швартовные испытания в г. Николаеве. По предложению заведующего кафедрой, моего научного руководителя профессора Б.И.Норневско-го, я выполнил за три месяца новый расчёт необходимых параметров этой системы ПАФК. Повторные швартовные испытания с новой системой возбуждения оказались успешными.
Подробное исследование режима короткого замыкания самовозбуждаю-щихся компаундированных СГ и формулировки условий самовозбуждения в этом режиме и при холостом ходе СГ вошли в мою диссертацию, как и выбор наилучших параметров систем ПАФК. Диссертацию объёмом 320 страниц удалось представить к защите в октябре 1965 г., на месяц раньше срока окончания аспирантуры.
После возвращения в ДВПИ стал заведовать кафедрой ЭОС. Совершенствованию систем ПАФК, содержащих индуктивно-ёмкостные преобразователи (ИЕП) и предназначенных для синхронных валогенераторов, питающих освещение и нагревательные приборы, была посвящена выполненная под моим руководством диссертация А.В.Морозова. Мы издавали статьи, получили два авторских свидетельства, вместе с дипломниками выполняли огромный объём работ по изготовлению, настройке и испытаниям нескольких вариантов таких систем. Защита прошла в совете при ДВНЦ АН СССР в 1973 г. Наличие учёной степени позволило Александру Васильевичу позже занять должность проректора по учебной работе ДВПИ. Внедрения результатов диссертации на судах не произошло: в 1974 г. изменились правила Морского Регистра СССР. Теперь любой судовой источник переменного тока, подключённый к ГРШ, должен был вырабатывать электроэнергию стабильной частоты - 50 + 2,5 Гц. Валогенера-тор переменной частоты необходимо было дополнять преобразователем частоты.
В диссертацию моего соученика по школе и по студенческой группе В.М.Гуменюка (защитил в ЛЭТИ в 1971 г.) вошли результаты наших исследований, выполненных по хоздоговору с ЦКБ «Айсберг». Мы предложили сделать главные СГ атомного ледокола «Арктика» сдвоенными, сидящими на одном валу. Такие СГ включались в одну электрическую цепь. Напряжение на выходных зажимах обмоток статора первого СГ поддерживалось номинальным. Оно через понижающие силовые трансформаторы подавалось на ГРЩ, от которого получали питание все потребители судна, кроме электродвигателей гребных винтов. Гребные электродвигатели подключались к выпрямителям, к каждому из которых подводилась геометрическая сумма напряжений статоров пер-
вого и второго СГ. Для этого концы обмоток второго статора подключались к выходным зажимам обмоток первого статора, а их начала - к входным зажимам выпрямителя. Путём регулирования тока возбуждения второго, проходного СГ можно было изменять напряжение на входе выпрямителя в пределах от нуля до двойного номинального напряжения СГ. Были изучены регулировочные характеристики второго СГ, определены законы регулирования и разработаны автоматические регуляторы возбуждения. Достоверность всех положений диссертации подтверждена экспериментально.
Руководители ЦКБ «Айсберг» без замечаний приняли наш отчёт. Но прошло не наше предложение, а разработка НИИ ЛЭО «Электросила». И в варианте «Электросилы» использовались сдвоенные СГ, но их напряжения и токи суммировались не на входе одного выпрямителя, как у нас, а на выходах двух выпрямителей. В «Айсберге» пояснили, что исходя из возможностей Металлического завода и «Электросилы» была принята частота не 50 Гц, а 117,5 Гц. В этом случае возможность питания ГРЩ от главной установки исключалась, и предложенный нами оригинальный вариант сдвоенного СГ оказался ненужным.
Идея выделения секции ГРЩ для питания источников света была реализована по предложению профессора кафедры ЭОАС (более позднее название ЭОАТ - не судов, а транспорта) В.А.Герасимова на многих судах, ведущих промысел сайры. Регулирование напряжения промысловых ламп реализовывалось двумя способами: с помощью силовых полупроводниковых преобразователей (этот способ, обоснованный в диссертации Е.П.Матафоновой, будет рассмотрен ниже) и регулированием напряжения СГ. Разработку регуляторов возбуждения выполнил доцент В.К.Усольцев. Диссертацию по двум научным специальностям: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы и 05.13.06 -Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
- В.К.Усольцев защитил в 2002 г.
Помимо диссертаций результаты научных исследований по этому направлению нашли отражение в десятках дипломных проектов, создании лабо-
раторных стендов и указаниях к их выполнению, а также в учебных пособиях с грифом ДВ РУМЦ [1, 2, 7].
Повышение надёжности и диагностика судового электрооборудования
Применение машин постоянного тока в электродвижении судна имеет существенные недостатки: нужно регулярно обслуживать коллектор, щётки и щёткодержатели, а также очищать машины от пыли угольных щёток. Обладающая высокой электрической проводимостью пыль, оседая на частях машины, создаёт токопроводящие слои, снижая сопротивление изоляции с последующим коротким замыканием. Аварии с пробоем якорной обмотки главного генератора были, например, на атомном ледоколе «Ленин» и на дизель-электроходе «Оленёк». На ледоколах финской постройки перед воздухоохладителями гребных машин устанавливались американские самоэлектризующиеся фильтры фирмы «PHotron». Фильтры периодически извлекались из машины, промывались в растворах стирального порошка, прополаскивались, сушились и снова возвращались на своё место. США, опасаясь применения этих фильтров на советских подводных лодках, не разрешали фирме <^^1^» поставлять фильтры в нашу страну и не позволяли Финляндии закупать их в количестве больше минимально необходимого для строящихся в Финляндии электроходов.
По хоздоговору с владивостокским предприятием «ЭРА» (ВП ЭРА) мы с 1966 по 1970 гг. разрабатывали придуманные нами самоэлектризующиеся фильтры на основе фторопласта для очистки воздуха гребных электрических машин от пыли угольных щёток. На последнем этапе к финансированию работ подключилось ЛЭО «Электросила». Для обеспечения будущего промышленного производства нам удалось привлечь к работам следующие организации: ЦНИИ искусственного волокна, которое впервые в мире смогло создать установку для получения фторопластового волокна; ЦНИИ шерсти, создавший нетканый материал из полиамидных волокон для пылеосадительного мата; НИИ электроуглей, который поставлял для наших экспериментов пыль угольных щёток требуемого типа с заданным гранулометрическим составом. Опытные экземпляры наших фильтров прошли длительную проверку на электроходах раз-
личного типа: китобойное судно «Восторженный», судно ледового плавания «Капитан Бондаренко», рефрижераторный электроход «Волочаевск» и ледокол «Москва». Результаты испытаний подтвердили высокое качество фильтров. Приятно было видеть, когда члены приёмной комиссии входили внутрь гребного двигателя вернувшегося из Арктики «Капитана Бондаренко» и проводили носовыми платками по внутренним поверхностям двигателя, эти платки оставались чистыми. Чтобы получить разрешение на установку этих фильтров не только на судах, но и на кораблях, НИИ ЛЭО «Электросила» потребовало, чтобы фильтры обладали пылеёмкостью, достаточной для обеспечения их работы без обслуживания в течение 10000 час. Мы сделали фильтры гофрированными, с углом между гранями 60°, и тем самым решили эту проблему. Аэродинамическое сопротивление фильтра пропорционально квадрату синуса угла между скоростью воздуха и перпендикуляром к поверхности проницаемых слоёв, т.е. оно снижалось в четыре раза. Таким образом удалось увеличить толщину мата в четыре раза без ухудшения условий охлаждения машины. Т.к. поверхность матов увеличилась в два раза, то пылеёмкость увеличилась в восемь раз. Наши
л
гофрированные фильтры обладали пылеёмкостью по угольной пыли 1 кг/м в 10 раз больше, чем у фильтра <^^1^». Степень же очистки воздуха нашего фильтра составляла не менее 90%, что почти в три раза больше, чем у фильтра <^^1^». Эти показатели были подтверждены во время длительных испытаний преобразователя ПР-500 на 500 кВт, которые проходили на заводе «Электросила» с участием В.А.Герасимова. Мы разработали условия на поставку фильтров, обеспечили их сопряжение со всеми воздухоохладителями гребных машин. Эти условия были согласованы с заказчиком и ЛЭО «Электросила», но... ведомственная разобщённость и противоречия между министерствами воспрепятствовали промышленному производству этих фильтров.
Вторая, совместная с владивостокским предприятием «Эра», научноисследовательская работа «Разработка методики количественной оценки степени старения изоляции электрических машин» проводилась с 1974 г. К этому времени стали поступать в ремонт корабли с асинхронными двигателями новой
серии, имеющими кремнийорганическую изоляцию. Нужно было найти признаки для определения разновидности и периодичности ремонта, в котором нуждаются эти двигатели. Заводы, выпускающие эти двигатели, и отраслевые НИИ не знали ответа на эти вопросы. Мы предложили определить необходимые признаки, исследуя состояние изоляции в процессе ускоренного её старения. Для этого было необходимо нагревать двигатели до температуры, значительно превышающей допустимое значение. Был предложен новый способ нагрузки двигателей. Они непрерывно реверсировались и быстро нагревались пусковыми токами. При достижении температуры 180°С двигатель вращался вхолостую, пока его температура не снижалась на один градус. Затем снова реверсы. При таком способе воспроизводилось не только термическое, но и механическое воздействие на изоляцию обмотки. Этот способ испытаний двигателей и методика оценки состояния изоляции получили одобрение со стороны ВНИИ электромеханики (ВНИИЭМ), головной научной организации страны в области производства и ремонта электрических машин. ВНИИЭМ принял участие в финансировании работ и затем ещё в течение четырёх лет заключал с нами хоздоговоры на разработку приборов для тестирования изоляции электрических машин. Работами по договорам с ВНИИЭМ руководил доцент В.М.Гуменюк. Он вместе с Б.А.Морозовым разработал несколько защищённых пятью авторскими свидетельствами на изобретения устройств для определения показателя абсорбции изоляции электрической машины. Б.А.Морозов выполнил эти устройства на базе серийного программируемого микрокалькулятора.
По заказу ЦНИИ судовой электротехники (ЦНИИ СЭТ) мы в начале 70-х гг. разработали устройство для ограничения тока короткого замыкания (КЗ) корабельных СГ мощностью 2 МВт и более. Я изобрёл выполненное на тиристорах устройство, которое, измеряя производную тока возбуждения СГ при КЗ, близких к СГ, подключало в цепь возбуждения источник постоянного тока с напряжением 0,7-2,0 кВ (в зависимости от параметров СГ) навстречу току возбуждения. Экспериментальные исследования полностью подтвердили и справедливость математической модели КЗ СГ, снабжённого таким устройст-
вом, и высокую эффективность его работы. Максимальное значение тока КЗ снижалось в два раза, время его прохождения - в десятки раз, а тепловой импульс - в сотни и тысячи раз.
Примерно в 1978 г. ко мне обратился за помощью в проведении работы по договору с хабаровским заводом «Дальдизель» начальник кафедры ЭОС ДВВИМУ В.А.Стражмейстер. Требовалось разработать устройство, предотвращающее остановку дизель-генератора при запусках крупных двигателей. Я предложил ввести обратную связь по частоте и нашёл два решения, позволяющие воздействовать на систему ПАФК СГ. И мы вместе с руководителями завода стали соавторами двух авторских свидетельств на изобретения.
Управление морскими подвижными объектами Родоначальником этого направления исследований был доцент нашей кафедры С.А.Владимиров. Он сам придумал тему своей кандидатской диссертации: «Автоматическая буксирная лебёдка» и ко времени поступления в аспирантуру ЛЭТИ в 1963 г. имел по этой теме значительный задел. С.А.Владими-ров исследовал поведение системы «буксир-трос-воз» при морском волнении. Показал, что, поддерживая постоянным момент буксирной лебёдки, можно снизить максимумы усилия в тросе. Для того чтобы не допускать стравливания всего троса с барабана лебёдки или, наоборот, выборки всего троса, предложил устройство, измеряющее длину вытравленного троса. Заданное в систему управления значение момента двигателя лебёдки изменялось в зависимости от этой длины. В разработанной системе управления предусматривалось также корректировать задающий сигнал в зависимости от среднего диаметра последнего витка буксирного троса на барабане лебёдки. Защита диссертации в совете ЛЭТИ состоялась в 1967 г.
С 1968 по 1972 гг. мы занимались усовершенствованием систем управления электроприводами гребной установки и черпаковой лебёдки землечерпательных судов японской постройки. Сначала на «Зее», которая работала на строительстве порта в б. Врангель, а потом на «Балтийской», работавшей в г. Лиепае. Указанные электроприводы выполнены по системе генератор-
двигатель. Управление тиристорными преобразователями, питающими обмотки возбуждения генератора и двигателей, осуществлялось с помощью систем подчинённого регулирования. Такая техника была нова и для Японии. Регуляторы были плохо настроены, и, например, при такой пустяковой неисправности как плохой контакт реле, шунтирующего обратную связь операционного усилителя, при нулевом положении рукоятки управления возникал самоход черпаковой цепи или гребного винта с очень большими скоростями. Это могло приводить к авариям с гибелью обслуживающего персонала. Такие аварии, к счастью, без жертв, произошли на обоих судах. Мне удалось найти причины неисправностей, устранить их и правильно настроить системы подчинённого регулирования. Мы написали подробные отчёты по устройству и принципу действия таких систем, по работе операционных усилителей и регуляторов якорного тока и скорости двигателей. Разработали запасные регуляторы на отечественных усилителях. Но самое главное - приобрели опыт работы с тиристорными преобразователями, их системами импульсно-фазового управления и системами подчинённого регулирования.
В 1971 г. по инициативе К.П.Урываева, ст. науч. сотр. кафедры ЭОС начались научные исследования, направленные на разработку тиристорного электропривода гидрологической лебёдки. Мы разрабатывали такой электропривод по хоздоговорам с Дальневосточным научно-исследовательским гидрометеорологическим институтом и Тихоокеанским океанологическим институтом ДВО РАН. Наш электропривод плавно изменял скорость травления или выбирания от 2 м/с до ползучей - несколько см/с. Он разгонялся или тормозился с постоянным ускорением, что исключало преждевременное срабатывание батометров. Океанологи переносили тиристорный преобразователь с одного судна на другое для обеспечения наиболее важных работ. Не раз его устанавливали, например, на судне «Дмитрий Менделеев» Океанологического института им. П.П.Ширшова АН СССР.
На основании исследований мы вывели передаточные функции, определяющие перемещение привязного подводного объекта при качке судна. Трос
был описан бесконечной системой разностных уравнений, учитывающей его массу и упругость. Колебания в тросе распространяются со скоростью звука. Справедливость нашей математической модели подтвердил эксперимент, проведённый на специальном стенде, который сделал К.П.Урываев. Модель троса
- резиновая лента длиной 4 м, на которой равномерно закреплены одинаковые грузики. Нижний конец троса прикреплён к модели зонда, который помещался в сосуд с водой. Экспериментально доказано, что дрейф судна или течение воды с небольшими скоростями оказывают незначительное влияние на частотные характеристики звена трос-подводный объект.
Наши исследования показали, что уже при волнении моря в три балла и длине троса в несколько километров вертикальные перемещения подводного объекта в несколько раз превосходят перемещения грузового блока лебёдки. Под влиянием больших перемещений зонда результаты океанологических измерений искажались, возникала опасность обрыва троса. Мы предложили компенсировать влияние качки судна следующим образом. На грузовой блок помещалось снабжённое акселерометром устройство, которое позволяло измерять ускорение качки судна, направленное вдоль сходящей с блока ветви троса. Активный фильтр выделял и интегрировал переменную составляющую сигнала акселерометра. Полученный таким образом сигнал скорости блока подавался как задающий в систему подчинённого регулирования. В результате, если судно поднималось на волне, лебёдка автоматически вытравливала трос с такой же скоростью, и наоборот. Все эти особенности защищены несколькими авторскими свидетельствами на изобретения и описаны в монографии [3]. К.П.Урываев защитил диссертацию в 1979 г. в совете ИАПУ (председателем совета был академик А.А.Воронов). ДВПИ вместе с тремя институтами АН СССР: Океанологическим, Тихоокеанским океанологическим и Арктики и Антарктики - направили письма в Совет министров СССР с просьбой о промышленном выпуске подобных систем управления океанологическими лебёдками. Получили ответ, что нужно приложить согласие производственной организации на участие в такой работе. Это оказалось нам не по силам.
Наши расчёты показали, что разработанный способ компенсации влияния качки практически нельзя применить к большим подводным объектам, таким, как разработанный в ДВПИ привязной аппарат с массой около трёх тонн. Такой способ не применим и при использовании кабель-тросов. Ресурс тех изгибных деформаций медных токоведущих проволок, которые возникают при прохождении блоков лебёдки в режиме стабилизации глубины подводного объекта при наличии морского волнения, израсходуется за несколько десятков минут.
В кандидатской диссертации К.В.Чупиной, которая выполнялась по гранту Минобразования РФ в середине 90-х гг., был разработан другой, революционный по своей новизне, способ компенсации влияния качки судна. Необходимая расчётная мощность электропривода спуско-подъемного устройства снижалась более чем в 10 раз. На подводном объекте помещалась небольшая лебёдка, выполняющая функцию амортизатора. Амортизирующая лебёдка снабжена тонким стальным тросом, который прикреплялся к кабель-тросу так, что он образовывал перед подводным объектом дугу с большим радиусом кривизны. При этом небольшие изгибные деформации такой дуги оказываются несущественными.
Кира Владимировна Чупина исследовала и преобразовывала математические модели троса, основанные на дифференциальных уравнениях в частных производных. Причём учитывались распределённые параметры не только массы и упругости, но и внутреннего трения в тросе и трения троса о воду. Передаточные функции системы судно-трос-амортизирующая лебёдка-подводный объект имеют очень сложный вид. В известной нам литературе исследование объектов со столь сложными передаточными функциями не рассматривалось. К.В.Чупина смогла решить задачу синтеза регуляторов амортизирующей лебёдки и разработать методику определения устойчивости рассматриваемой системы по предложенной редакции критерия устойчивости, аналогичного критерию Найквиста. Кандидатскую диссертацию она защитила в 1997 г. Вскоре поступила в докторантуру ДВГТУ, подготовила и в 2007 г. защитила докторскую диссертацию. Новые, по сравнению с кандидатской диссертацией, результаты в
основном заключаются в следующем: дробно-рациональная аппроксимация спектральной плотности ветрового морского волнения; дробно-рациональные аппроксимации волновой проводимости и функции распространения колебаний в тросе. Эти результаты позволили исследовать рассматриваемую систему во временной области: моделировать морское волнение, качку судна и перемещение подводного объекта, снабжённого амортизирующей лебёдкой. Полученные при этом корреляционные функции, спектральные плотности и дисперсии перемещений элементов системы и усилий в них оказались достаточно близкими к этим же функциям, но найденным, как ранее, в частотной области. Результаты наших исследований отражены в двух монографиях [4, 5].
В 1972 г. началась разработка системы автоматического наведения трала (САНТ) при пелагическом лове рыбы на заданный горизонт, на котором находится косяк рыбы. Эти работы выполнялись сначала по договору с Дальтех-рыбпромом, а с 1975 по 1984 гг. - по договору с головной научно-производственной организацией Минрыбхоза СССР - НПО «Промрыболовство» (г. Калининград). До нас пытались решить эту задачу в отраслевых НИИ и в вузах Минрыбхоза СССР, но безуспешно. Предлагались решения, подобные посадке спутника на Луну - по жёсткой программе, без учёта гидрологической обстановки и других факторов. Публиковались и монографии, но дальше дело не шло. На предложение НПО «Промрыболовство» включиться в разработку первой в мире реальной автоматической системы лова рыбы траловым способом откликнулось несколько вузов России и Украины, но был выбран в качестве исполнителя один - ДВПИ.
На первой стадии НИР проводилась идентификация системы судно-трал. При этом использовались экспериментальные материалы обширной программы перевода трала с одного горизонта на другой путём изменения углов перекладки лопастей ВРШ при различных длинах ваеров. С помощью гидроакустического зонда записывались характеристики изменения глубины трала во времени. На основании полученных данных была предложена сравнительно простая математическая модель системы судно-трал, в которую входит звено чистого
запаздывания на время около минуты. Был разработан на базе микрокалькулятора прибор, который определял необходимую длину ваеров, обеспечивающую лов данного вида рыбы на заданной глубине. После того, как ваерная лебёдка изменит до необходимого значения длину ваеров, параметры регуляторов САНТ изменялись до значений, соответствующих новой длине ваеров. Затем САНТ вступала в работу, изменяя угол ВРШ. Мы использовали пропорционально-интегральный регулятор глубины с псевдолинейным корректирующим устройством (ПЛКУ). За минуту до окончания переходного процесса угол ВРШ во избежание перерегулирования переводился с крайнего положения на то, что соответствовало ходу трала на нужном горизонте.
На следующем этапе работы мы перевели в автоматический режим и работу ваерных лебёдок. На ваера, как на магнитофонную ленту, наносились магнитные метки, а счётчики считывали число меток при стравливании и выбирании ваеров. Регуляторы лебёдок, не допуская перекоса траловой системы, заставляли работать лебёдки синхронно с заданной скоростью. Для проведения экспериментов и потом для установки САНТ нам предоставили самый большой в мире супертраулер, построенный в ГДР. Рыбу можно было ловить на глубине до одного километра. От нас требовали обеспечить вывод трала на заданную глубину с точностью до 1 м. Наибольший вклад в эту работу внёс профессор В.А.Герасимов. Он, например, изготовил манипуляторы, воздействующие на рукоятки управления ВРШ и ваерными лебёдками. Для перевода управления судном и лебёдками в ручной режим манипуляторы просто откидывались от рукояток. Качество выполнения блоков САНТ было таким, что никто не мог отличить нашу продукцию от изготовленных в ГДР блоков управления ВРШ и ваерных лебёдок.
Для обеспечения необходимых характеристик САНТ был сделан ряд изобретений: способы компенсации люфта в передачах и чистого запаздывания, интегральный регулятор глубины, выполненный на базе интегрирующего двигателя, устройство, компенсирующее зону нечувствительности в электроприводе такого двигателя.
В последнем варианте САНТ все алгоритмы работы и регуляторы были реализованы на базе мини-ЭВМ СМ 1420. Наибольшую роль при этом сыграл преподаватель кафедр ЭОС В.К.Усольцев. Длительные промысловые испытания «нашего» супертраулера в совместных экспедициях с другими, не оборудованными САНТ, показали, что «наш» супертраулер вылавливает рыбы всегда больше, как минимум, на 18%. В правительстве СССР, по инициативе НПО «Промрыболовство», было принято решение разработать техническое задание на строительство в ГДР и Польше серии новых супертраулеров, оборудованных такими САНТ. Изготовление этих систем НПО «Промрыболовство» брало на себя. Но...вскоре началась перестройка, затем распад СЭВ. В.А.Герасимов успешно защитил по этой теме кандидатскую диссертацию в 1978 г. в диссертационном совете ЛЭТИ. Затем руководил, до развала нашей страны, по заказу НПО «Промрыболовство», новой темой «Разработка системы управления ловом рыбы кошельковым неводом».
Можно отметить ещё одну работу В.А.Герасимова и В.К.Усольцева -электропривод кабельной лебёдки, которая работала в паре с ваерной лебёдкой. По кабелю поступала информация от тралового зонда. Такие электроприводы были изготовлены и установлены на четырёх судах Базы исследовательского флота ТИНРО.
Ряд результатов этого направления защищён авторскими свидетельствами на изобретения и патентами. Только с моим участием их 12, а есть ещё и без него.
Регулирование и стабилизация токов и напряжений
В 1973 г. мы участвовали в совместной работе с ЦННИИ СЭТ, в которой анализировался опыт применения на предприятиях Минсудпрома энергосберегающих способов нагрузки судовых электростанций во время швартовных испытаний. В нашем отчёте был рекомендован только один из них, предложенный сотрудником ИАПУ д-ром техн. наук И.Д.Кочубиевским. Суть способа: СГ через управляемый тиристорный выпрямитель и ведомый береговой сетью тиристорный инвертор отдаёт электроэнергию в сеть. Тиристорным выпрямителем регулируется коэффициент мощности СГ, а инвертором - его ток. Когда
Минсудпром потребовал представить акты испытаний этой системы, выяснилось, что тиристорное нагрузочное устройство (ТНУ) может хорошо работать только при стабильном напряжении сети. В противном случае, при провале напряжения в сети, возникали огромные броски тока от ТНУ, что приводило, как при КЗ, к отключению и участков сети, и СГ. Пришлось нам с В.К.Усольцевым и В.Н.Коршуновым в срочном порядке изобрести способ управления ТНУ и проверить его в лаборатории кафедры. Наш способ, защищённый авторским свидетельством, обеспечивал инвариантность тока СГ при колебаниях напряжения сети и позволял получить новые свойства ТНУ. Можно было скачком менять ток нагрузки СГ с любого предыдущего на любое новое значение, что требовалось обеспечивать при испытаниях судовых электростанций. Вскоре мы поставили свои регуляторы и задающие устройства на ТНУ во Владивостокском и Тихоокеанском предприятиях «Эра».
Мы с В.К.Усольцевым изобрели также выполненную на основе тиристорных преобразователей статическую модель СГ, к которой можно было подключать входы и выходы штатных систем возбуждения. Это позволяет настраивать и испытывать системы возбуждения в то время, когда СГ ещё находится в ремонте, сокращая тем самым время швартовных послеремонтных испытаний.
В 1989 г. наш выпускник, директор ОАО «Дальавтоматика» Н.З.Гайнут-динов предложил заключить хоздоговор по теме «Разработка устройств для проверки и настройки средств судовой автоматики». Мы в течение двух лет были заняты решением основной задачи - разработкой устройства для испытания автоматических выключателей. Создали переносное устройство, содержащее тиристорный регулятор переменного напряжения, индуктивно-ёмкостный преобразователь (ИЕП) и трансформатор. Выходной ток трансформатора можно было регулировать от 200 А до 5 кА. При запуске устройства практически сразу устанавливался необходимый испытательный ток, который поддерживался регулятором этого тока. При срабатывании автоматического выключателя фиксировались действующее значение испытательного тока и длительность его
прохождения. Наше устройство имело меньшую массу и лучшую точность испытательного тока и ему не требовалось предварительное включение для настройки тока, по сравнению с аналогичным устройством, разработанным ЦНИИ СЭТ.
ВП «Эра» обратилось с просьбой изготовить такое же устройство и для них. Новый вариант был более совершенным, его назвали «Исток-1». Получили коэффициент формы, который по ГОСТу соответствовал синусоидальному току. Трансформатор и реакторы ИЕП и фильтра сделали с участием конструкторов и технологов предприятия. Обмотки этих элементов намотали на станках и пропитали. Все блоки разместили в двух стандартных ящиках. Только электронный блок управления сделал главный исполнитель этих работ -Б.А.Морозов. (Мы с ним получили два патента на изобретения «Устройства для проверки токовой защиты»). Руководители ВП ЭРА решили организовать серийное производство устройства «Исток-1». Получили десятки заказов от предприятий Ленинграда, Горького, Северодвинска, Севастополя, Николаева, Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре и других городов. Но ... вскоре исчез СССР, стали умирать судостроение и судоремонт, и в ВП ЭРА не осталось ни нужного оборудования, ни отличных специалистов.
Результаты научных исследований по разработке испытательного устройства «Исток-1» вошли в диссертацию главного исполнителя этих работ -Б.А.Морозова. Защита состоялась в совете ДВГТУ в 1994 г. Более поздние результаты отражены в диссертации В.С.Яблоковой, которую она защитила в 2002 г. в том же совете. В этой диссертации приведена новая методика определения допустимой для кратковременного режима до 30 с плотности тока в обмоточных проводах трансформатора и в кабелях, соединяющих испытательное устройство с проверяемым автоматом. Учитывались при этом такие факторы, как зависимость удельного сопротивления и даже удельной теплоёмкости меди от температуры. Плотности тока удалось повысить более чем в 10 раз по сравнению с нормами длительного режима. Были найдены оптимальные параметры трансформатора по условиям минимума массы и минимума потребляемой пол-
ной мощности. Совокупность полученных результатов дала возможность создать переносное испытательное устройство с током до 10 кА. По договору с ОАО «Дальавтоматика» Б.А.Морозову удалось добиться рекорда - создания устройства с испытательным током 20 кА. Под руководством профессора В.А.Герасимова была создана «умная» установка с микропроцессорным управлением и с режимом автоматической настройки регулятора на сопротивление цепи испытательного тока.
В трудные 90-е гг. мы разработали устройство для розжига котлов на жидком топливе. Использовали простое и очень надёжное решение: вспышка струи топлива из форсунки возникала от раскалённого контакта заострённых угольных электродов. Для стабилизации тока использовали самое простое, самое дешёвое и обеспечивающее минимум массы решение: разнести вдоль сердечника одну от другой первичную и вторичную обмотки трансформатора и тем самым значительно увеличить индуктивное сопротивление короткого замыкания трансформатора, сделав его намного больше, чем сопротивление угольных электродов. Такие устройства были установлены на 15 котельных установках Владивостока и Приморского края.
Другой вариант широкодиапазонного регулирования напряжения промысловых светильников рассмотрен в диссертации Е.П.Матафоновой. Новый вариант с использованием тиристорного регулируемого преобразователя переменного напряжения имел два существенных преимущества. Первое из них - не требуется вносить изменений в штатную систему возбуждения СГ. Второе, более важное, - новый вариант позволял получить от СГ полную мощность, что в
•\/з больше, чем в варианте В.К.Усольцева. Для достижения такого результата фазные группы люстр освещения нужно включать в звезду и соединять нулевую точку этой звезды с нулевым выводом СГ. Ток этого вывода не должен превышать 30% от номинального тока СГ. Если использовать известный регулируемый преобразователь переменного напряжения, то при угле управления тиристорами 90°, ток нулевого вывода СГ становится равным фазному току симметричной нагрузки. Для ограничения этого тока мы предложили включать
реактивный двухполюсник между нулевыми точками СГ и нагрузки. Минимумом расчётной суммарной мощности обладает двухполюсник в виде последовательного резонансного контура. На практике нашёл применение простейший двухполюсник - реактор. Эти предложения позволили установить рекорд: на РТМС «Леванидов» мощность всех светильников рыбопромысловых люстр составила 800 кВт, что намного превосходит достижения японских рыболовных судов и позволяет значительно повысить эффективность промысла сайры.
Значительная часть диссертации Е.П.Матафоновой посвящена созданию новой методики расчёта реакторов без магнитных сердечников. Известная ранее методика расчёта была несовершенной: давала слишком большую (до 17%) погрешность расчёта индуктивности реактора. Полученные аппроксимации зависимости индуктивности реактора от размеров катушки обеспечивают погрешность, которая не превосходит 2% во всей области пригодных для практического использования соотношений между размерами катушки. Была также разработана методика расчёта реактора минимальной массы с каким-либо заданным размером: наружного диаметра или высоты. Елена Петровна защитила диссертацию в 2001 г. По материалам диссертации издала учебное пособие с грифом ДВРУМЦ [6] и стала сначала доцентом кафедры ТОЭ Дальрыбвтуза, а затем заведующей этой кафедрой.
Алексей Коршунов рано приобщился к электротехнике и электронике. Ещё школьником часто сидел в лаборатории отца, В.Н.Коршунова, что-то паял и настраивал. Тема его диссертации «Преобразователь частоты для питания судна с берега» была актуальной. Мы предложили использовать тиристорный преобразователь частоты, состоящий из подключённого к береговой сети выпрямителя и ведомого синхронным компенсатором инвертора тока. В отличие от подобных преобразователей, используемых в ветроэнергетике, выпрямитель сделали управляемым - для компенсации изменения напряжения в береговой сети. Доказали, что стабилизацию частоты целесообразно осуществлять не изменением напряжения на входе инвертора, как в судовых валогенераторных установках, а углом управления инвертором. Цифровая система управления час-
тотой реализована на базе микроконтроллера фирмы «Siemens». Мы запатентовали новую разновидность преобразователя частоты, в которой используются и тиристорные, и транзисторные блоки. Во время стажировки в Германии А.В.Коршунову удалось стать соисполнителем работ по договору с «Siemens». Он поразил преподавателей кафедры ЭОС тем, что все работы по автономному инвертору напряжения, основанному на /С57-транзисторах, выполнил самостоятельно: начиная от изготовления и окраски корпуса и кончая настройкой микропроцессора, управляющего работой транзисторов. Мощность инвертора была достаточно большой - 300 кВт. Теперь этот инвертор, подаренный нам, стоит на нашей кафедре. А А.В.Коршунов после защиты диссертации в 2004 г. уехал в Германию и быстро в фирме «Siemens» стал начальником отдела.
С приходом на нашу кафедру В.А.Достовалова у нас появилось ещё одно учебное и научное направление - разработка электротехнологических установок. В.А.Герасимов, В.К.Усольцев, А.М.Ханнанов и я стали заниматься источниками для микродугового оксидирования и для плазмотронов большой и малой мощностей. Особенно увлёкся этим В.А.Герасимов. Они с В.А.Достова-ловым испытывали мощные плазмотроны для поджога угольной пыли или обводнённого мазута. В.А.Герасимов создал также миниатюрный, из-за работы на высокой частоте, стабилизированный источник тока маломощного плазмотрона. В.К.Усольцев создал мощный источник для микродугового оксидирования и исследовал характеристики этого процесса. Ожидается, что эта разработка позволит значительно повысить эффективность процесса оксидирования ряда новых материалов.
Измерение токов с помощью дифференцирующих индукционных
преобразователей Трансформаторы тока (ТТ) имеют ряд недостатков: слишком большая масса, наличие магнитного сердечника создаёт большие погрешности измерения в переходных режимах, апериодическая составляющая измеряемого тока приводит сердечник к насыщению, что связано с возникновением ошибок измерения, составляющих десятки процентов. Известны трансреакторы (ТР), от-
личающиеся от ТТ тем, что работают в режиме холостого хода. Магнитная индукция в их сердечниках на порядок выше, чем у ТТ, поэтому масса ТР в десятки, сотни и более раз меньше. Выходной сигнал пропорционален не измеряемому току, а его производной. Если измеряют синусоидальные токи одной частоты, то можно использовать этот сигнал непосредственно - так работают токовые клещи. Если же указанные условия не соблюдаются, то погрешность измерения становится слишком большой. Известны устройства, в которых выходной сигнал ТР пропускают через выполненное на базе операционного усилителя апериодическое звено первого порядка. Мы с А.Г.Беловым нашли, что большую точность обеспечивают активные фильтры не первого, а второго порядка, и определили наилучшие параметры передаточной функции фильтра. Наше устройство, защищённое патентом, пригодно для измерения не только токов, но и других физических величин. В нём получили развитие наши с К.П.Урываевым разработки интеграторов, преобразующих сигнал акселерометра в напряжение, пропорциональное скорости измеряемого перемещения. Диссертация А.Г.Белова «Синтез измерительных преобразователей переменного тока для силовых преобразовательных устройств» была защищена в 2000 г.
В его диссертации предложена взамен ТР простейшая конструкция дифференцирующего индукционного преобразователя тока (ДИПТ) в виде катушки, плотно прилегающей к шине с измеряемым током. Такой измерительный преобразователь использовал Б.А.Морозов и продолжает использовать В.А.Ге-расимов. Наши устройства обеспечивают большую точность измерения, чем появившиеся в конце ХХ в. преобразователи, состоящие из катушки Роговского (это разновидность ДИПТ) и фильтра первого порядка. Теперь такие преобразователи, выпускаемые известными фирмами «LEM», «PEM», «Siemens», «ABB», всё шире применяются в различных электротехнических комплексах и системах, вытесняя трансформаторы тока и в некоторых случаях измерительные преобразователи Холла. Но наши разработки до сих пор имеют лучшие показатели.
На основе миниатюрных ДИПТ можно построить дифференциальную защиту электрических машин и трансформаторов относительно небольшой мощности, например, судовых. Теперь такая защита из-за огромных размеров ТТ выполняется только для машин мощностью в десятки и сотни мегаватт. Возможно использование таких ДИПТ и в системах распределения нагрузок между СГ, и в фильтрах, защищающих основные асинхронные двигатели от обрыва фазы, и в других системах защиты и управления.
Удалось придумать защищённую от помех конструкцию катушки высоковольтного ДИПТ. Катушка имеет вид секционированного тороида с двухслойной обмоткой. В одном слое витки равномерно намотаны по правилу правого винта, а в другом - левого. Секции одинаковой длины разделены узкими одинаковыми промежутками. Концы обмоток обоих слоёв соединены между собой, а начала являются выводами катушки. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что погрешность измерения производной тока в интересных для практики вариантах расположения проводников с мешающими токами, не превышает 1%, у зарубежных аналогов максимум погрешности достигает 4%.
Применению ДИПТ без интегрирующего фильтра была посвящена защищённая в 2006 г. диссертация доцента Н.Н.Мазалёвой. В работе речь шла о создании устройств, обеспечивающих равномерное распределение реактивных нагрузок между СГ. Выполнен большой объём исследований, в том числе экспериментальных. Четыре лучшие разработки запатентованы. Мы сейчас заканчиваем подготовку заявки на самое совершенное изобретение. Оно позволит равномерно распределять между СГ реактивные токи, а напряжение на шинах главного распределительного щита поддерживать на заданном уровне при любой общей нагрузке. Вместо огромных трансформаторов тока применены миниатюрные ДИПТ, каждый из которых можно спрятать в кулаке.
Электроснабжение подводных объектов
В конце 70-х гг. ректор ДВПИ Б.Ф.Титаев подписал договор с Главным управлением навигации и океанографии, по которому в соответствии с поста-
новлением правительства СССР мы должны были изготовить действующий образец уникальной системы для производства подводных работ на глубине до 6 км. В эту систему входила связка из двух аппаратов, каждый из которых имел массу около 3000 кг. Электроэнергия передавалась на них с судна-носителя по кабель-тросу. Ориентировочная суммарная мощность потребителей, установленных на аппаратах, достигала 20 кВт.
При номинальном токе по изготовленному для нас кабель-тросу можно передать расчётные 20 кВт, но падение напряжения в нём составит 1000 В. Если нагрузка внезапно снизится до практически нулевого значения, то напряжение, подводимое к подводным аппаратам, вырастет с 2000 В до 3000 В, т.е. в 1,5 раза. Известные в то время способы не могли обеспечить стабилизацию напряжения нагрузки так быстро, чтобы она не успела выйти из строя от такого перенапряжения. Удалось найти решение из арсенала используемых в резонансных системах ПАФК: ввести ИЕП в систему электроснабжения подводных объектов. Электроэнергия из судовой сети через повышающий трансформатор подавалась на прямой ИЕП, который был подключён к верхнему концу кабель-троса и обладал свойством преобразовывать источник напряжения в источник тока. При этом ток кабель-троса практически не зависит от входного сопротивления линии передачи. На подводном аппарате устанавливался обратный ИЕП, который через понижающий трансформатор питал нагрузку и обладал свойством преобразовывать источник тока в источник напряжения. Таким образом, в статических режимах все перечисленные элементы, включая кабель-трос, оказались эквивалентны трансформатору, преобразующему напряжение 380 В в судовой сети, в напряжение 220 В на подводном аппарате. Для снижения массы электрооборудования подводных аппаратов большую часть мощности передавали, минуя понижающий трансформатор и обратный ИЕП. С этой целью якоря всех двигателей (движителей подводного аппарата и насоса гидроприводов) соединили последовательно и подключили к выпрямителю, через который проходил ток кабель-троса. Мы изготовили экспериментальную установку, результаты испытаний которой подтвердили работоспособность и высокое качество ра-
боты такой, признанной изобретением, системы электроснабжения. Позже возникли и решались проблемы по устранению перерегулирования при подключении системы к судовой сети. Также нужно было разработать защиту от обрыва цепи нагрузки прямого ИЕП, что приводило бы к огромным перенапряжениям и пробою конденсаторов ИЕП. Всего мы получили четыре авторских свидетельства.
В диссертации В.Н.Коршунова, защищённой в 2002 г., выполнено теоретическое и экспериментальное исследование работы такой системы электроснабжения.
Я подготовил докторскую диссертацию объёмом 610 страниц, в которую вошли результаты научных исследований по электроснабжению подводных объектов и по управлению глубиной их погружения. А.В.Мозгалевский, заведующий кафедрой ЭОАС ЛЭТИ и член экспертного совета ВАК, настоял, чтобы я представил диссертацию в форме научного доклада (в ней осталось всего 40 страниц!). Диссертация была представлена по двум специальностям: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы и 05.13.14 - Специальные системы обработки информации и управления. Защита состоялась в ЛЭТИ в июне 1988 г.
Последней точкой в разработке системы электроснабжения подводных объектов, в которой использованы ИЕП, стала диссертация А.М.Ханнанова. В ней приведены результаты исследований по разработке системы возбуждения двигателей при её питании током кабель-троса. Тем, кто знает электрические машины постоянного тока только по учебникам, такая система покажется неработоспособной: расчёт покажет, что при питании обмотки возбуждения, обладающей большой индуктивностью, от источника переменного тока через выпрямитель возникнут огромные перенапряжения, которые выведут изоляцию обмотки из строя. На самом же деле этого не происходит из-за влияния вихревых токов в магнитопроводе двигателя. По результатам анализа экспериментальных характеристик, которые определяли зависимость от частоты сопротивлений обмоток возбуждения нескольких электродвигателей, были найдены с
использованием компьютерных технологий, аппроксимации этих характеристик. Разработанная методика синтеза позволила определить параметры предложенной схемы замещения обмотки возбуждения. В эту схему, помимо активного сопротивления обмотки, вошли два резистора, имитирующие действие вихревых токов. Индуктивность обмотки разделена на три части, две из которых зашунтированы указанными резисторами. Обширные экспериментальные исследования подтвердили достоверность всех положений и рекомендаций. Защита диссертации А.М.Ханнановым состоялась в 2004 г.
Сейчас, когда появились новые силовые электронные преобразователи, я вижу ряд недостатков нашей системы электроснабжения подводных объектов. Применение новых преобразователей позволит снизить массу электрооборудования и на подводном объекте, и на судне-носителе, увеличить мощность, передаваемую по кабель-тросу, и улучшить качество электроснабжения потребителей. Работа в этой области показала, что ряд полученных решений можно использовать гораздо шире. Недавно получено положительное решение по заявке на изобретение «Судовая электроэнергетическая система», в котором применены эти решения. Авторы - отец и сын Коршуновы.
Человек пока жив, живёт надеждой и, наоборот, пока надеется, полноценно живёт. Так и я надеюсь, что вместо нас придут талантливые ученики, что они смогут без труда и поборов опубликовывать результаты исследований и защищать диссертации во Владивостоке, ведь на нашей кафедре, имеющей 100% состав со степенями и званиями, двух (только штатных) докторов наук и трёх профессоров, из 14 преподавателей только двое пока не достигли пенсионного возраста.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кувшинов Г.Е. Судовая автоматизированная электростанция: учеб. пособие. Ч. 1. Расчет автоматических регуляторов возбуждения судовых синхронных генераторов. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2002. 60 с.
2. Кувшинов Г.Е. Судовая автоматизированная электростанция: учеб. пособие. Ч. 2. Расчет переходных процессов. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2002. 58 с.
3. Кувшинов Г.Е. Управление глубиной погружения буксируемых объектов. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1987. 148 с.
4. Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Чупина К.В. Системы управления глубиной погружения буксируемых объектов. Владивосток: Дальнаука, 2006. 312 с.
5. Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Чупина К.В. Влияние морского ветрового волнения на глубоководный привязной объект. Владивосток: Дальнаука, 2008. 215 с.
6. Кувшинов Г.Е., Матафонова Е.П. Регулирование напряжения рыбопромыслового светотехнического оборудования. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2004. 129 с.
7. Топологические методы анализа в электротехнике и автоматике: учеб. пособие. Владивосток: Дальнаука, 2001. 232 с.
