После сдачи комиссии системы автоматизации, началась работа по её внедрению. Интересно, что первым из ЦКБ откликнулись не военные, как это обычно бывает, а рыбопромысловики, ЦКБ «Восток». Нашёлся там толковый главный конструктор по электрооборудованию Александр Николаевич Никитин. В тот момент в Хабаровске строился модернизированный рыболовный сейнер проекта 502А. На головном судне в 1962 году и установили первую систему автоматического управления электростанцией без обслуживания.
Но хлебнули и проблем. Например, в регуляторах дизелей редукторы в механизме изменения уставки изготавливались так топорно, с такой зоной нечувствительности, что серводвигатели трогались только при подаче на них почти номинального напряжении. О каком пропорциональном регулировании можно было говорить? Конечно же, возникли автоколебания в системах распределения активной нагрузки. Пока нашли, в чём причина, пережили массу страхов. Ведь когда в реальной системе что-то принципиально не получается, начинаешь сомневаться даже в законе Ома.
Но все трудности были преодолены. Судно сдали госкомиссии, пошли на серию.
После этого почти все ЦКБ (см. фото) захотели иметь автоматизированные электростанции. Одно ЦКБ проектировало корабль с носовой аппарелью для десантирования танков (1171), другое – вертолётоносец (1123), третье – ракетный крейсер, четвёртое – серию новых сухогрузов, Начались работы по первому атомному ледоколу («Ленин») и т.д.
На предприятиях ЭРА начали создавать специальные участки по настройке систем автоматического управления электростанциями. Пришлось ездить по ЦКБ и электромонтажным цехам с лекциями по устройству и принципам работы, по проектированию и настройке систем. Много времени было, в частности, потрачено на обучение специалистов ЦКБ «Луч», специально выделенное для проектирование систем автоматического управления электростанциями.
Группы мастеров предприятий ЭРА на Николаевском и Херсонском судостроительных заводах, обучавшися методам настройки разработанных мной систем автоматизации судовых электростанций.
Впоследствие на базе Луча, предприятия п/я 200 и ЦКБ-57 организовали ЦНИИ «Аврора» с задачей обеспечения системами автоматизации всех технических средств кораблей и судов.
2.23. Разработка системы синхронного и синфазного вращения автономных генераторных агрегатов
Изучая параллельную работу машин переменного тока, я часто задумывался – какая сила заставляет лампы синхронизации останавливаться в процессе «мигания». Такое состояние получило даже название «зависание». В конце концов, я понял, что причина в токе, текущем по самим лампам синхроноскопов. Хотя токи через лампы составляют всего доли процентов от мощности автономно работающих машин, но они же идут по статорам генераторов, а значит создают синхронизирующие моменты. В условиях практического отсутствия возмущений этого достаточно, чтобы удерживать генераторы в состоянии синхронного вращения. Естественно, что сразу за этим открытием пришла мысль об искусственном усилении синхронизирующего момента. Но на генераторы здесь воздействовать нечем. Значит надо воздействовать на первичные двигатели, в данном случае на приводные двигатели постоянного тока. Надо создать датчик разности не только частот, но и углов, и их сигналы подать на возбуждение хотя бы одного двигателя. Так я и сделал. Разработал и изготовил преобразователь угла между векторами напряжений, собрал схему реверсивного усилителя, сложил сигналы по разности частот и по углу. И всё получилось! Развожу частоты машин герц на 5, получаю частое мигание ламп синхронизации. Включаю систему. Частоты вращения генераторов начинают сближаться, период загорания ламп увеличивается, увеличивается и становится близким к нулю. Свечение ламп синхронизации всё уменьшается и уменьшается. Наконец лампы погасают и уже не вспыхивают снова. Это значит, что машины вошли в синхронизм исключительно за счёт воздействия на первичные двигатели генераторов. Ради таких мгновений стоит жить! Это невообразимое счастье!
Но потом наступила пора разочарований. Принцип синхронного и синфазного вращения заработал, но небольшое возмущение в виде включения нагрузки одного генератора выводила машины из устойчивого равновесия. Происходили «провороты» синхронных генераторов относительно друг друга и только по истечении нескольких секунд равновесие, то есть синхронное вращение, восстанавливалось.
Ясно, что причина слабой устойчивости заключалась– в электромагнитной инерции усилителей разностного сигнала и обмотки возбуждения двигателя. О механической инерции вращающихся масс агрегатов не говорю, поскольку на эти факторы воздействовать невозможно.
Разработать реальную систему синхронного и синфазного вращения турбогенераторов мощностью в тысячи киловатт удалось только через несколько лет в ЦНИИ СЭТ, с помощью целой лаборатории, которую позволил мне создать Азовцев. Александр Алексеевич был действительно выдающимся организатором. Уж он – то точно знал, что способным к творчеству людям надо давать полную свободу. Он мне и дал эту свободу. Мы добились даже приказа министра Судостроительной промышленности об организации разработки и серийного производства системы синхронного и синфазного вращения турбогенераторов для АПЛ. Разработку выполнили, в основном, Э.Г. Могелевский и мой аспирант А.Г. Матвеев, по результатам этой работы защитивший кандидатскую диссертацию.
Возвращаясь к принципам организации научной работы, должен ещё раз сказать, что идеи всегда основываются на массе побочных разработок. В данном случае разве могла у меня родиться мысль о возможности реализации синфазного вращения, если бы я не занимался параллельной работой вообще, не стремился познать все физические тонкости поведения машин и регуляторов? Конечно нет. В частности, около года назад до этого решил я между делом создать устройство для измерения угла между вектором напряжения синхронного генератора и осью ротора, то есть механической осью обмотки возбуждения. Для этого выдумал устройство для измерения времени прохождения валом машины определённого положения и сигналом «нуль органа», включённого на напряжение генератора. Эти два сигнала подал на ламповый фазовый дискриминатор и получил на выходе импульсное напряжение, амплитуда которого пропорциональна измеряемому углу. Установил ноль при холостом ходе синхронного двигателя и получил колебания угла при включении механической нагрузки на генератор постоянного тока. Увеличиваю нагрузку, получаю переходный процесс изменения угла.
Опять радость! То, что рисуют в некоторых хороших книжках по синхронным машинам и считается экзотикой, получил «живьём», собственной головой и руками. Разве это не повод для ликования?!
А разве появилась бы мысль о стабилизации угла между осями роторов машин, если бы голова моя до того не была озабочена этим вопросом? Скорее нет, чем да.
Существенно, что малый уровень устойчивости системы синхронного вращения был связан в моих делах на стенде с вопросом быстрого регулирования первичных двигателей генераторов. Впервые в нашей отрасли народного хозяйства реализуя принцип регулирования по возмущению в виде нагрузки синхронного генератора, не мог я не думать об использовании той же идеи для регулирования частоты вращения дизель и турбогенераторов.
2.24. Разработка комбинированных (двухимпульсных) регуляторов частоты вращения первичных двигателей генераторов
Первые эксперименты по использованию принципа регулирования по возмущению проводил я при разработке системы автоматического регулирования двигателя постоянного тока обратимого преобразователя. На одну обмотку управления магнитного усилителя в цепи возбуждения подавал напряжение с датчика частоты, на другую – с датчика активного тока. Эффект увеличения быстродействия комбинированного регулятора получается за счёт того, что сигнал по нагрузке усилитель получает сразу по включении генераторного автомата, «не дожидаясь», пока под действием момента сопротивления на валу изменится частота и датчик частоты создаст воздействие на усилитель по отклонению частоты. Эффект работал, но всё-таки слабо. Слишком большой инерцией обладает обмотка возбуждения двигателя постоянного тока.
У дизелей и турбин воздействие на регуляторы осуществлялись только через серводвигатели, Серводвигатели изменяли усилие, уравновешивающее центробежную силу грузов измерителя частоты дизеля или давление масляного насоса, служащего датчиком частоты вращения паровых турбин. Но серводвигатель слишком инерционное устройство. Поэтому ещё в 1956 году Матус из 1-го ЦНИИ МО защищал диссертацию по двухимпульсному регулятору турбины, в котором воздействие на подачу пара производилось помимо серводвигателя. Однако принцип Матуса не прошёл, и разработка осталась не внедрённой. Только в 1967 году работа по двухимпульсному регулятору возобновилась в нашей лаборатории в ЦНИИ СЭТ. Объектом регулирования была тогда газовая турбина, разрабатываемая ЦНИТА (Центральным институтом топливной аппаратуры).
Мы сделали комбинированный регулятор. Мой аспирант, сотрудник лаборатории Волков Алексей Николаевич защитил по результатам этой работе кандидатскую диссертацию.
Регуляторы были освоены серийным производством и плавают на многих кораблях, в том числе на экспортных, на ракетном крейсере «Пётр Великий».
На фотографии показан один из опытных образцов регулятора
2.25. Разработка математического описания корабельных электроэнергетических систем и исследование переходных процессов в них
Если коротко, то дело обстояло так: после разработки и экспериментального исследования физической модели ЭЭС АПЛ второго поколения появилась потребность в её теоретическом исследовании, в том числе в разработке её математического описания. В результате должен был быть реализован переход от экспериментальных данных модели к данным расчёта с реальными параметрами всех машин и регуляторов проекта корабля. Кому же это было поручено, вернее, кто же выз