Городской электрический транспорт
Трамвай. Слово «трамвай» происходит от английского tramway (tram - вагон и way - путь) - городская наземная электрическая дорога. Трамвай стал развиваться с начала 80-х гг. XIX в. Впервые трамвай был пущен в пригороде Берлина в 1881 г.
Трамвайные вагоны того времени имели малую вместимость - всего 24 пассажира, открытые площадки, маломощные двигатели в 4,5 л. с., ручной тормоз. Электрический ток подводился к двигателям по рельсам. Скорость таких вагонов не превышала 19 км/ч.
С применением в 1883 г. верхнего контактного провода и роликовых токоприемников начался период интенсивного усовершенствования вагонов и строительства трамвайных предприятий.
В России первый трамвай был построен в Киеве в 1892 г., затем был пущен трамвай в Нижнем Новгороде, Казани, Ташкенте. В Москве трамвайное движение было открыто в 1903 г., в Санкт-Петербурге - в 1907 г.
Московский и санкт-петербургский трамваи представляли собой поезда из двухосных моторных и прицепных вагонов значительной вместимости, оборудованных сравнительно мощными электродвигателями. Они имели хорошее освещение, а также отопление в зимнее время.
К началу Первой мировой войны в России было уже 35 трамвайных хозяйств, 30 из них полностью или частично принадлежали иностранным концессиям. Подвижной состав, его механическое, пневматическое и электрическое оборудование заказывалось за границей.
В 1925 г. завод «Электросила» выпустил отечественный тяговый двигатель постоянного тока ПТ-ЗОН, а с 1926 г. завод «Динамо» приступил к производству электродвигателей ДМ-1 А повышенной мощности, которые не уступали заграничным. Помимо двухосных вагонов с 1926 г. в России стали строить и эксплуатировать более вместительные четырехосные вагоны.
В 1928 г. Коломенский завод начал выпуск серии четырехосных трамвайных вагонов типа КМ (рис. 5.24). В 1938 г. были построены первые четырехосные трамвайные вагоны М-38 с двигателями смешанного возбуждения и оригинальной схемой управления, разработанной заводом «Динамо». С 1947 г. отечественные заводы выпускают цельнометаллические четырехосные трамвайные вагоны типа МТВ-82 (Тушинский машиностроительный завод) и двухосные моторные и прицепные вагоны типа КТМ-1 и КТП-1 (Усть-Катавский вагоностроительный завод).
В дальнейшем к строительству вагонов приступили Ленинградский и Рижский вагоностроительные заводы, выпустив соответственно вагоны ЛМ-49, ЛП-49, ЛМ-57 и РВЗ.
Трамваестроение на этом этапе развивалось в направлении перехода от двухосных моторных и прицепных вагонов к более емким четырехосным вагонам, повышения их вместимости, роста энерговооруженности, повышения динамических показателей.
В 1960-1970-х гг. Усть-Катавский вагоностроительный завод проектирует и переходит к массовому выпуску четырехосных трамвайных вагонов модели КТМ-5М и модели 71-605, которые эксплуатируются в городах России до настоящего времени. Для Ленинграда Ленинградский трамвайномеханический завод изготавливает четырехосные вагоны модели ЛМ-68М.
Прогресс в области трамваестроения сопровождался прогрессом в области тягового электрического оборудования, которое включало в себя современные тяговые двигатели типа ДК-259 мощностью 40-45 кВт, управление которыми осуществлялось автоматической контакторно-резисторной системой управления (РКСУ), а электрическая аппаратура характеризовалась большой степенью унификации. Электрооборудование обеспечивало маневровый режим работы, автоматический пуск, электродинамическое торможение, спуск с уклонов с различными уставками, работу вагонов по системе многих единиц. Применение нового электрооборудования повысило динамические показатели вагонов (скорость - до 65-70 км/ч, ускорение - до 1,3 м/с , замедление - до 1,2 м/с2) и улучшило комфорт пассажиров.
С 1980-х гг. трамвай как один из современных и экологически чистых видов транспорта переживает свое второе рождение. Современный этап его развития характеризуется повышением требований к его провозной способности, удобству пассажиров, снижению эксплуатационных затрат, повышению надежности работы, развивается и реализуется концепция строительства шести- и восьмиосных трамвайных вагонов вместимостью 220 и 320 человек с различной комбинацией числа тяговых двигателей.
Другим направлением по созданию подвижного состава повышенной провозной способности является разработка четырехосных активных и пассивных прицепных вагонов вместимостью до 135 человек.
В 1990 г. для перспективных отечественных четырехосных трамвайных вагонов модели 71-608 и шестиосных вагонов модели 71-86 заводом «Динамо» совместно с другими предприятиями начато серийное производство тягового электрооборудования с двигателями типа ДК-263 повышенной мощности (80 кВт) и энергосберегающими тиристорно-импульсными системами управления (ТИСУ).
К 1999 г. было выпущено 25 000 трамвайных вагонов различных модификаций, которые перевозили пассажиров в 92 городах России и ближнего зарубежья.
Работа по совершенствованию моделей трамвайных вагонов и созданию новых проводится постоянно. Так, появились вагоны нового поколения: модели 71-608 (с ТИСУ), 71-608КМ (с РКСУ), 71-611 (для эксплуатации на скоростных линиях), ЛМ-93 (четырехосный вагон с РКСУ), ЛВС8-1-93 (восьмиосный вагон с двумя моторными и двумя опорными тележками и четырьмя двигателями суммарной мощностью 80 кВт), ЛВС8-2-93 (восьмиосный вагон с четырьмя тележками и восемью двигателями мощностью 60 кВт).
В 1996 г. были изготовлены и успешно прошли испытания два четырехосных вагона модели 71-616, созданных в кооперации Усть-Катавским вагоностроительным заводом, заводом «Динамо» и фирмой «Сименс» (Германия). Этот первый в России вагон нового поколения способствует значительной (до 25 %) экономии электроэнергии за счет применения тягового оборудования с ТИСУ и оптимизации режимов движения бортовым компьютером. Привод колес вагонов осуществляется от четырех тяговых двигателей суммарной мощностью 76 кВт.
Троллейбус. Слово «троллейбус» происходит от английского trolleybus (trolley - контактный привод, роликовый токоприемник и bus - автобус) - вид городского безрельсового транспорта.
Этот вид транспорта родился как гибрид трамвая и омнибуса и впоследствии превратился в автобус с электродвигателем.
Первая троллейбусная линия была построена в 1882 г. в Германии, в г. Шпандау. Вслед за Германией опытные маршруты безрельсового электрического транспорта появляются также в ряде других стран.
В наши дни в подавляющем большинстве случаев троллейбусы используются для пассажирских перевозок в крупных городах, для пригородного сообщения, в отдельных случаях для доставки грузов. Преимущества троллейбуса перед автобусом - в простоте устройства, меньшей трудоемкости обслуживания, особенно в зимнее время, и главное - троллейбус менее шумен и не загрязняет атмосферу городов.
В 1900 г. открылось троллейбусное движение во Франции (в Лионе), в 1902 г. - в Чехословакии, в 1903 г. - в Италии, в 1911 г. - в Англии, в 1912 г. - в Швейцарии.
Однако крупные конструктивные недостатки первых троллейбусов ограничивали область их практического применения, и только после Первой мировой войны, когда были решены принципиальные вопросы электротехники, автомобилестроения и усовершенствования дорог, троллейбусное движение становится массовым.
Первые российские троллейбусы типа ЛК, построенные заводом «Динамо», Ярославским и Московским автомобильными заводами и Научным автотракторным институтом (НАТИ), появились в Москве в 1933 г.
В 1936 г. Ярославский автомобильный завод совместно с заводом «Динамо» начал серийный выпуск троллейбусов типа ЯТБ-1. Это был наиболее комфортный для того времени троллейбус: он имел специальное шасси и по- луобтекаемый кузов, надежную тормозную пневматическую систему, а также центральный тормоз, действующий на тяговую передачу. Высоковольтная аппаратура располагалась в шкафах в салоне троллейбуса. Электрическая схема с двигателем мощностью 60 кВт обеспечивала резисторное и рекуперативное торможение и приемлемые динамические показатели машины.
В течение 1937-1941 гг. были выпущены модели ЯТБ-2, ЯТБ-4, ЯТБ-4А, ЯТБ-5, а также двухэтажный троллейбус ЯТБ-3. Усовершенствование шло по линии доработки кузова, применения колесного тормоза, лучшей защиты электрооборудования, модернизации червячного редуктора. На троллейбусе ЯТБ-4 был применен двигатель мощностью 74 кВт, что позволяло ему развивать большие скорости, ускорения и замедления.
В 1946 г. Тушинским машиностроительным заводом было освоено серийное производство цельнометаллических троллейбусов типа МТБ-82. По сравнению с троллейбусами ЯТБ они обладали большей вместимостью, легким долговечным кузовом, более комфортным пассажирским салоном. Электрическая схема обеспечивала реостатное и рекуперативное торможение, система управления неавтоматическая с индивидуальными электромагнитными контакторами, управляемыми с помощью контроллера управления. Троллейбус оборудован двигателем смешанного возбуждения мощностью 78 кВт.
В 1959 г. заводы им. М. С. Урицкого и «Динамо» создали троллейбус с цельнометаллическим несущим кузовом типа ЗиУ-5. Длина, ширина и высота троллейбуса соответственно 11830, 2680, 3530 мм, масса тары - 9000 кг, общая вместимость - 90 пассажиров. Тяговый двигатель типа ДК-207А мощностью 95 кВт обеспечивал троллейбусу конструктивную скорость 60 км/ч и ускорение 1,3—1,4 м/с. На троллейбусе применена система автоматического пуска тягового двигателя с помощью группового контроллера, приводимого в движение исполнительным двигателем. Режим работы задается с помощью контроллера управления. Панели с аппаратурой расположены в кабине водителя, групповой контроллер находится под кузовом троллейбуса вблизи пускотормозных резисторов. Впервые на этом типе троллейбуса применена пневматическая подвеска кузова.
Представляют интерес троллейбусы ТБ и МТБС, изготовленные Сокольническим вагоноремонтным заводом (СВРЗ) на базе троллейбуса МТБ-82 (рис. 5.25): их отличительной особенностью является повышенное остекление крыши салона.
В 1959 г. СВРЗ и заводом «Динамо» был создан первый в России шарнирно сочлененный троллейбус типа ТС особо большой вместимости. Одноэтажный четырехосный троллейбус имел одну ведущую ось, состоял из двух секций цельнометаллической конструкции. Длина и ширина троллейбуса соответственно 17 500 и 2700 мм, максимальная вместимость достигала 200 человек, масса тары составляла 16 000 кг. Троллейбус приводился в движение двумя тяговыми двигателями последовательного возбуждения мощностью по 100 кВт. При нормальном наполнении салона скорость троллейбуса достигала 60 км/ч, ускорение - 1,1 м/с . Электрическая схема троллейбуса обеспечивала автоматический пуск и резисторное торможение с помощью группового контроллера, приводимого в движение испытательным двигателем под контролем реле ускорения и замедления.
Следует отметить, что наряду с пассажирскими троллейбусами отечественной промышленностью в 1950-1960-х гг. были выпущены грузовые троллейбусы, контактные теплоэлектробусы, а также троллейные электромобили.
В 1966 г. троллейбусным заводом им. М. С. Урицкого и заводом «Динамо» была создана модель двухосного троллейбуса большой вместимости ЗиУ-9, обладавшая рядом преимуществ по сравнению с предыдущими типами. Это был наиболее массовый троллейбус, его выпуск составил более 42 тыс. единиц. Он имел цельнометаллический закрытый кузов несущей конструкции вагонной компоновки и был предназначен для внутригородских перевозок пассажиров по дорогам с покрытием первой и второй категорий и с предельным уклоном до 80 %. На троллейбусе был установлен тяговый двигатель модели ДК-210А мощностью 110 кВт. Система управления троллейбусом косвенная полуавтоматическая с групповым реостатным контроллером. Она позволяла осуществлять различные режимы вождения троллейбуса в эксплуатации: движение с малыми скоростями на маневровой позиции, автоматический разгон, движение с различными скоростями, выбег, электродинамическое (реостатное) торможение, изменение направления движения. Схемой предусмотрены следующие виды защиты электрооборудования: защита тягового двигателя от перегрузок, нулевая защита, защита аппаратуры и отдельных его цепей от токов короткого замыкания, защита от радиопомех.
Троллейбусы ЗиУ-9 оборудованы рабочим пневматическим тормозом, действующим на все колеса машины, ручным стояночным и электродинамическим тормозами. На троллейбусах ведущий задний мост с колесными планетарными передачами и главной центральной гипоидной передачей. Длина и ширина троллейбуса соответственно 11 709 и 2500 мм, масса тары - 10 050 кг, масса троллейбуса с номинальной нагрузкой - 16 490 кг, число мест для сидения - 31, конструктивная скорость - 70 км/ч.
С 1988 г. заводы им. М. С. Урицкого и «Динамо» начали выпускать усовершенствованные модели троллейбусов - ЗиУ-682Г и ЗиУ-682Г1, двухосные, трехдверные, предназначенные для городских перевозок. Количество мест для сидения - 27, полная вместимость - 118 пассажиров, передаточное отношение трансмиссии - 1 : 10,699. На троллейбусах использована классическая релейно-контакторная система управления РКСУ, как и на троллейбусе ЗиУ-9. Управление приводом косвенное, полуавтоматическое с групповым реостатным контроллером. Режим работы задается контроллером водителя.
Троллейбус ЗиУ-682Г оборудован усовершенствованным двигателем типа ДК-113 смешанного возбуждения мощностью 115 кВт. Максимально преодолеваемый подъем для этой машины - 8 %. С целью реализации лучших динамических показателей, больших подъемов на троллейбусе ЗиУ- 682Г1 установлены тяговый двигатель типа ДК-211БМ последовательного возбуждения мощностью 170 кВт и аппаратура управления и защиты повышенной энергоемкости. Троллейбус ЗиУ-682Г1 способен преодолевать уклоны до 12 %. Интересно отметить, что этот троллейбус выпущен в исполнении с автономным тяговым приводом, содержащим аккумуляторную батарею емкостью 140 А-ч и обеспечивающим автономное движение до 5 км.
Потенциал отечественной науки позволил в 1985 г. создать опытные образцы двухосных троллейбусов типа ЗиУ-684Б и шарнирно сочлененных троллейбусов ЗиУ-683Б с энергосберегающими ТИСУ. Тем самым была успешно завершена работа ученых МЭИ, завода «Динамо», Запорожского элек- троаппаратного завода и ряда других и впервые в отечественной практике транспортостроения был достигнут мировой технический уровень.
Серийное производство троллейбусов ЗиУ-683Б (в дальнейшем ЗиУ-6205) было начато в 1987 г., серийное производство двухосных машин ЗиУ-684Б (ЗиУ-52642) - в 1995 г.
Комплект электрооборудования с ТИСУ обеспечивает в эксплуатации следующие режимы работы: движение с различными скоростями, плавный автоматический безреостатный пуск и электродинамическое (рекуперативнореостатное) торможение с широким диапазоном ускорения и замедления, задаваемых водителем, быстродействующее замещение рекуперативного торможения реостатным при отсутствии потребителей электроэнергии в контактной сети и обратный переход, движение в режиме выбега.
Шарнирно сочлененный троллейбус ЗиУ-6205 предназначен для эксплуатации на городских магистралях с большим пассажиропотоком. Управляемая секция прицепа обеспечивает маневренность троллейбуса ЗиУ-6205 на улицах, где эксплуатируются двухосные троллейбусы длиной 12 000 мм.
Троллейбус ЗиУ-52642 может эксплуатироваться на дорогах с уклонами до 15 % и имеет следующие характеристики: масса снаряженного троллейбуса - 11 537 кг, вместимость - 116 человек, количество мест для сидения - 30, длина, ширина и высота соответственно 11 710, 2514, 3300 мм, максимальная скорость (при номинальной нагрузке) - 60 км/ч, время разгона с места до 50 км/ч - не более 20 с.
Отличительные особенности применяемого электрооборудования этого троллейбуса от троллейбуса ЗиУ-683Б (ЗиУ-6205) следующие: регулятор - РТ 300/700 БМ в двухблочном исполнении, в системе собственных нужд использован двигатель ДК-662 мощностью 14 кВт, тормозные резисторы расположены на крыше.
В 1996 г. создана и успешно прошла испытания новая модель двухосного троллейбуса «Тролза-52643», являвшаяся результатом сотрудничества АО «Троллейбусный завод», АЭК «Динамо» и фирмы «Сименс» (Германия). Этот троллейбус оснащен совершенной ТИСУ, выполненной на основе само- запираемых тиристоров, статическим преобразователем напряжения 550/24 В, бортовым компьютером контроля и управления работой тягового привода, люминесцентными лампами освещения пассажирского салона, молниераз- рядником, дистанционными автоматическими выключателями.
В настоящее время отечественные троллейбусы эксплуатируются в 200 городах, в том числе в 8 странах дальнего и 11 странах ближнего зарубежья.
Метрополитен. Слово «метрополитен» происходит от французского metropol (буквальный перевод - «столичный») - вид рельсового пассажирского транспорта, перспективный в условиях больших городов с насыщенным уличным движением. Линии метрополитена обычно прокладываются под землей (в туннелях), при необходимости по поверхности и на эстакадах.
Первая линия метрополитена (3,6 км) построена в Лондоне (1863), с 1868 г. метрополитен действует в Нью-Йорке. Старейшие метрополитены на европейском континенте - Будапештский (1896), Венский (1898), Парижский (1900). Впоследствии метрополитены были построены в Мадриде, Барселоне, Афинах, Стокгольме, Осло и других городах.
В СССР первая линия метрополитена введена в Москве (1935). Первые комплекты тягового электрооборудования для вагонов метрополитена были изготовлены заводом «Динамо» в конце 1934 г. Действуют метрополитены в Санкт-Петербурге (с 1955 г.), Киеве (с 1960 г.), Тбилиси (с 1966 г.), Баку (с 1967 г.), Харькове (с 1972 г.), Ташкенте (с 1977 г.), Ереване (с 1982 г.), Минске (с 1984 г.), Нижнем Новгороде (с 1985 г.), Новосибирске (с 1985 г.), Самаре (с 1987 г.). С 1988 г. строится метрополитен в Екатеринбурге и Днепропетровске.
В последние годы интенсивность движения на Московском метрополитене значительно увеличилась. Количество перевозимых пассажиров составляет около 10 млн. в день. Это значит, что нагрузка вагонов метрополитена изменяется в основном в диапазоне 15-18 т на вагон с незначительными отклонениями в ту или другую сторону. Для того чтобы при увеличивающихся пассажиропотоках обеспечивалось обслуживание пассажиров на надлежащем уровне, постоянно комплексно совершенствовались технические решения всех устройств: увеличивалась мощность двигателей, улучшалась их коммутационная устойчивость, вводились устройства автоматического управления, новые системы безопасности, совершенствовалась защита, вводились резервные системы управления.
В настоящее время действующий метрополитен представляет собой сложный автоматизированный перевозочный комплекс, в котором все взаимосвязано и выполнено на достаточно высоком уровне при высокой степени безопасности движения. При этом следует учитывать, что при средних эксплуатационных скоростях движения 40-48 км/ч, пропускной способности линий 42-48 пар поездов в час (за рубежом самая высокая пропускная способность у метрополитена в Токио - 40 поездов в час), провозной способности поезда до 60 000 пассажиров в час в одном направлении должен быть особенно высоким психологический комфорт для пассажиров.
Грузоподъемные машины и механизмы являются одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Эти машины представляют собой машины прерывистого циклического действия и предназначаются для перегрузки грузов на предприятиях, строительных площадках, железнодорожных станциях, в морских и речных портах и на других объектах [15]. В первую очередь к таким машинам относятся краны: на ряде предприятий они являются основным звеном технологического цикла производства.
В отличие от большинства других производственных механизмов грузоподъемные машины характеризуются весьма разнообразными режимами работы как по значению статической нагрузки, так и по продолжительности работы и частоте включений.
В соответствии с действующими в нашей стране стандартами все многообразие режимов работы грузоподъемных машин сводится к пяти режимам: легкий - Л; средний - С; тяжелый - Т; весьма тяжелый - ВТ; весьма тяжелый, непрерывный - ВТН. В понятие «режим работы» входят: относительная продолжительность включений (ПВ), частота пусков, годовое и суточное использование, коэффициент использования грузоподъемных машин по грузоподъемности и другие показатели напряженности работы.
Категорией напряженности режима учитывается температура окружающей среды, а также такой показатель, как степень ответственности машины, которая может потребовать повышенных запасов прочности. Так, например, разливочный кран мартеновского цеха по частоте включений и ПВ может быть отнесен к легкому режиму. Однако предъявляемые к нему исключительные требования безопасности обусловливают выбирать кран применительно к режиму ВТ или ВТН.
Подавляющее большинство грузоподъемных машин, изготавливаемых отечественной промышленностью, имеет электрический привод основных рабочих механизмов, и поэтому эффективность действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового электрооборудования. Электропривод большинства грузоподъемных машин характеризуется повторно-кратковременным режимом работы при большой частоте включений, широким диапазоном регулирования скорости и постоянно возникающими значительными перегрузками при разгоне и торможении механизмов.
Особые условия использования электропривода в грузоподъемных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своем составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых кулачковых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, пультов управления, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогид- равли-ческих толкателей, пускотормозных резисторов, полупроводниковых устройств регулирования, устройств управления по радиоканалу или одному проводу и ряд других аппаратов, комплектующих различные крановые электроприводы.
Специальные двигатели и аппараты для кранов выпускаются уже с конца XIX в. Крупносерийное производство основного кранового электрооборудования в нашей стране было начато в 1930-1931 гг. после соответствующей специализации завода «Динамо», который до настоящего времени является ведущим предприятием в разработке комплектных крановых электроприводов и в изготовлении основных элементов этих комплектов.
Основным родом тока для крановых и судовых электроприводов является переменный ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Это и предопределяет весьма широкое применение электроприводов с использованием асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. Следует отметить, в перспективе применение в качестве источника питания сеть переменного тока напряжением 660 В, частотой 50 Гц. Это, в свою очередь, вызывает необходимость иметь электрические машины и аппаратуру управления (в основном контакторы, автоматы), рассчитанные на эти напряжения.
Менее широкое распространение получили электроприводы постоянного тока: их применяют металлургические предприятия, суда рыболовного флота, а также суда старой постройки, на которых используются источники постоянного напряжения 110, 220 и 440 В.
Можно констатировать, что сегодня около 90 % всех крановых и судовых электроприводов выполняются на переменном токе и только 10 % - на постоянном токе.
Все системы крановых и судовых электроприводов можно разделить на две группы: электроприводы с непосредственным управлением с помощью кулачковых контроллеров и с дистанционным управлением с помощью ко- мандоаппаратов (командоконтроллеров и кнопочных выключателей). Первая система является наиболее простой и дешевой, отличается простотой наладки. Вместе с тем эта система имеет невысокие эксплуатационные характеристики, невысокий ресурс работы, неудобна в управлении. В силу своей простоты система с непосредственным управлением нашла применение для крановых и судовых механизмов с относительно невысокими требованиями к эксплуатационным параметрам.
Более 80 % крановых и судовых механизмов выполняются с электроприводами с кулачковым контроллером. При этом на переменном токе система построена на применении асинхронных двигателей с фазным ротором и ступенчатым изменением сопротивлений резисторов в цепи ротора, короткозамкнутых асинхронных двигателей с изменением сопротивлений резисторов в цепи статора. На постоянном токе применяются в основном потенциометрическая схема включения двигателей для механизмов подъема и схема с изменением сопротивлений резисторов цепи якоря для механизмов горизонтального перемещения грузов. Подобные системы отличаются невысоким диапазоном регулирования скорости, который для электроприводов постоянного тока не превышает 1 : 6, а для электроприводов переменного тока - 1 : 3 (в электроприводах с односкоростными короткозамкнутыми двигателями скорость вообще не регулируется).
В 1970-е гг. для общепромышленных крановых механизмов было освоено производство кулачковых контроллеров серии ККТ переменного тока и серии ККП постоянного тока. Для судовых механизмов была внедрена серия кулачковых контроллеров КВ1 и КВ2. Максимальная мощность управления составляла 40 кВт.
Остальная часть крановых и судовых механизмов имеет электроприводы с дистанционным управлением. Причем основная масса этих электроприводов построена с релейно-контакторным управлением. И только менее 5 % электроприводов выполняются с применением полупроводниковых средств управления - различных тиристорных регуляторов и преобразователей (преобразователей частоты и постоянного тока). Системы дистанционного управления релейно-контакторного типа построены аналогично системам с кулачковыми контроллерами как на постоянном, так и на переменном токе.
В последние годы разработаны системы электроприводов с применением асинхронных двигателей с фазным ротором, в которых используется принцип динамического торможения с самовозбуждением и принцип импульсно-ключевого регулирования. Указанные системы регулирования обеспечивают диапазон регулирования уже в пределах 1 : 8.
В настоящее время заводом «Динамо» изготавливаются панели и блоки управления переменного тока серий П и Б мощностью до 125 кВт. Для управления двигателями постоянного тока мощностью до 185 кВт разработаны панели управления серии П9000. Для судовых механизмов внедрены магнитные контроллеры серий БТ и ВТ, управляющие многоскоростными короткозамкнутыми двигателями серии МАП.
Одним из существенных недостатков электроприводов с непосредственным и дистанционным управлением при релейно-контакторной системе (кроме системы с динамическим торможением с самовозбуждением и импульсно-ключевым регулированием) является необходимость для получения устойчивых посадочных скоростей осуществлять частые переключения управляющего органа (кулачкового контроллера или командоконтроллера) с одного фиксированного положения на другое. Такие частые переключения снижают срок службы электрооборудования вследствие износа коммутационных элементов и аппаратов. Тем не менее все рассмотренные системы электроприводов благодаря их простоте и дешевизне получили широкое распространение.
В последние годы ко многим грузоподъемным устройствам и комплексам возросли требования с точки зрения повышения производительности труда, ресурса, надежности и удобства обслуживания. Вместе с тем наметились тенденции к увеличению мощности электроприводов (что прежде всего связано с ростом грузоподъемности и скорости перемещения грузов) и снижению посадочных скоростей грузов, определяющихся прежде всего условиями выполнения различных монтажных и технологических операций, точностью установки и доводки грузов, а также безопасностью их перемещений. Создаются новые грузоподъемные комплексы на основе современных способов перегрузки: контейнерные, грейферно-бункерные перегружатели, мощные плавучие краны, суда-лихтеровозы, крупные строительные краны.
В 1970-1980-е гг. на заводе «Динамо» были созданы электроприводы для целого ряда уникальных грузоподъемных механизмов и комплексов с использованием преобразовательной техники, в том числе с применением полупроводниковых устройств управления:
1) освоено серийное производство тиристорных электроприводов постоянного тока для механизмов подъема строительных башенных кранов с грузовым моментом 300 т-м;
2) созданы крановые регулируемые электроприводы переменного тока мощностью от 2 до 50 кВт со статическими преобразователями частоты непосредственного типа и мощностью от 1,7 до 120 кВт со статическими преобразователями с импульсной системой управления;
3) освоено производство частотно-регулируемых электроприводов для судовых грузовых лебедок грузоподъемностью 3 т;
4) разработан и внедрен в эксплуатацию электропривод механизма подъема с применением тиристорных преобразователей мощностью 1000 кВт для установки непрерывной разливки стали быстроходного 450-тонного разливочного крана. В 1979 г. налажено и запущено в эксплуатацию пять кранов на Новолипецком металлургическом комбинате;
5) освоено производство комплектного электропривода с полуавтоматическим управлением для грейферного крана грузоподъемностью 32 т;
6) разработаны и сданы в эксплуатацию комплектные тиристорные электроприводы постоянного тока для грейферно-бункерного перегружателя производительностью 800 т/ч;
7) разработаны и сданы в эксплуатацию комплектные многодвигательные электроприводы переменного тока для уникальных плавучих кранов «Витязь» грузоподъемностью 1000/1600 т и «Волгарь» грузоподъемностью 1400 т;
8) освоено серийное производство электроприводов постоянного тока по системе Г-Д для плавучих кранов «Черноморец» грузоподъемностью 100 т и «Богатырь» грузоподъемностью 300 т;
9) разработан и сдан в эксплуатацию многодвигательный электропривод переменного тока напряжением 660 В, частотой 50 Гц механизма самоподъемной буровой установки СПБУ6500/100 для бурения скважин и добычи нефти и газа на континентальном шельфе на глубине до 100 м.
В последние годы специалистами завода «Динамо» проводится как модернизация серийных систем электроприводов, так и разработка новых на основе современной элементной базы. Что касается наиболее массовых крановых электроприводов переменного тока с непосредственным регулированием, идет разработка электроприводов на базе силовых кулачковых контроллеров и блока электроники, реализуемых в едином пульте. С помощью этого пульта осуществляется управление несколькими механизмами крана. Применение в разрабатываемых электроприводах блока электроники позволяет улучшить эксплуатационные характеристики кранов. Предполагается внедрение пультов со встроенными малогабаритными командоконтроллера- ми и в системах электроприводов с дистанционным управлением.
В настоящее время для ряда крановых механизмов производятся полупроводниковые преобразователи частоты инверторного типа (на базе силовых транзисторов) на мощности до 30 кВт.
Как отмечалось выше, ряд крановых и судовых электроприводов с исполнительными двигателями переменного тока мощностью до 50 кВт разработаны и выпускаются заводом «Динамо» с использованием преобразователей частоты с непосредственной связью (НПЧ). При этом в качестве базовой схемы преобразователя выбрана 18-вентильная схема НПЧ с естественной коммутацией и питанием от трехфазной сети напряжением 380 В и частотой 50 Гц без нулевого провода (преобразователи типа ТТС, изготовитель АО «Электровыпрямитель», г. Саранск). Электроприводы данного класса обеспечивают плавное регулирование частоты вращения асинхронных короткозамкнутых двигателей в интервале частот от 1,5 до 25 Гц, а также его работу на естественной механической характеристике при частоте 50 Гц. Дальнейшим улучшением выходных параметров преобразователей указан-ного типа является введение в них устройств, позволяющих плавно регулировать частоту на выходе преобразователя в интервале от 1,5 до 50 Гц. Это обеспечит их конкурентоспособность с преобразователями частоты со звеном постоянного тока инверторного типа, а также 36-вентильными НПЧ с раздельным питанием фаз асинхронного двигателя.
В настоящее время проводится также работа по созданию многодвигательных автоматизированных электроприводов для самоподъемной буровой установки СПБУ «Арктика», предназначенной для разведывательного бурения скважин на нефть и газ глубиной до 650 м на шельфе арктических морей России на глубинах от 10 до 30 м. Электроприводы этой установки выполняются на напряжение 660 В и частоту 50 Гц.
Следует отметить и работы по созданию электроприводов постоянного тока с использованием тиристорных преобразователей. Это, как правило, грузоподъемные комплексы с исполнительными двигателями большой мощности (перегружатели, плавучие краны, крупные монтажные краны и т. д.). В таких электроприводах предусматривается применение тиристорных преобразователей серии ТПЕ (изготовитель - завод «Преобразователь», г. Запорожье) на токи 100, 160, 250, 400 и 630 А, заменивших крановые тиристорные преобразователи серий АТК и АТРК.
В настоящее время имеются модификации тиристорных преобразователей постоянного тока в морском исполнении серии ТПС, что позволяет использовать их в электроприводах на плавучих кранах и других судах объектах.
Последние годы характеризуются бурным ростом микропроцессорной техники, что коснулось и крановых электроприводов. Специалистами ВНИПТИ в настоящее время начаты работы по созданию на базе этой техники современных крановых электроприводов. Применение микропроцессоров качественно изменит систему управления крановыми механизмами, что позволит, в частности, улучшить выходные характеристики приводов, оптимизировать процессы пуска, торможения и реверса, облегчить управление, ввести диагностику неисправностей и т. д.
Внедрение микропроцессорной техники ставит на повестку дня задачи создания нового поколения командоаппаратов малогабаритного исполнения, адаптации микропроцессоров к существующим системам управления.
