Книга Главный инженер. Жизнь и работа в СССР и в России. (Техника и политика. Радости и печали) - Лев Токарев

В общем, преодолевали массу трудностей, одну за другой.

С одной из них пришлось заняться мне лично. Упомянутые генераторы на борту самолёта возбуждались от бортовой сети напряжением 27 в постоянного тока. На корабле такой сети, естественно, не было. Следовательно, надо было создавать совершенно новый автоматический регулятор неизвестного нам генератора, да ещё частотой 400 Гц. Без регулятора работа электростанции, а следовательно возможность создания корабля были невозможны. Каких-либо альтернативных технических решений просто не было в природе. Позже я узнал, что Московский авиационный институт им. Жуковского запросил невозможные сроки и средства на разработку регулятора. Оценить степень сложности задачи разработки системы автоматического регулирования напряжения в институте не могли из-за того, что в то время было очень мало опыта создания регуляторов и, тем более, освоения серийного производства. Кому-то, наверно, задача казалась простой и не стоящей денег, запрошенных институтом Жуковского. Так и получилось, в результате, что разработку поручили молодому неоперившемуся специалисту.

Всей этой политики я не знал, но за работу взялся с большим воодушевлением. Я же знал, что из всего института только я имел опыт работы с Цукерником, да и по собственной дипломной работе имел, по крайней мере, ощущение предмета. Кроме того, автоматическое регулирование как направление вообще было определённой экзотикой в нашей сфере корабельной электротехники. Такое отношение к этой области определялось, в частности, тем, что для реализации любой системы автоматического регулирования требовались преобразователи и усилители сигналов. Такую функцию выполняли в те времена электронные лампы. Но на корабле, да ещё на таком, который подвергается ударам о волны, да в условиях машинного отделения лампы совершенно не годились.

Начинать надо было с элементарной электротехники, с изучения процессов в трансформаторах тока и напряжения. Затем – с характеристик и свойств объекта управления – синхронной машины. Познать эти предметы надо было до мельчайших тонкостей. Особенно важно было разработать способ сложения сигналов по напряжению и току генератора. Сложение путём параллельного включения выпрямителей, питающихся от трансформаторов напряжения и тока, принципиально не годилось. В такой схеме всегда работает только один канал. Если один из каналов имеет большее напряжение, второй – автоматически запирается. Любопытно, что эта простая истина до сих пор не всеми воспринята, и схема с параллельным включением выпрямителей приводится даже сегодня в учебной литературе, например, в учебнике для нашей кафедры, выпущенном под редакцией профессора ЛЭТИ Лукомского.

Вторая проблема – как сделать так, чтобы при постоянной амплитуде напряжения генератора и, следовательно, постоянном (по амплитуде) напряжении первичной обмотки трансформатора компаундирования выходное напряжение менялось в три раза по мере увеличения нагрузки генератора.

Третья проблема заключалась в том, что система регулирования, с одной стороны должна быть неустойчива для обеспечения процесса самовозбуждения, с другой, естественно, устойчива в процессах нормального функционирования.

Четвёртая проблема – как и какими конкретными средствами обеспечить отрицательную обратную связь в системе.

Пятая проблема – как обеспечить без усилителя высокую точность стабилизации напряжения (плюс – минус 1 процент) при изменении нагрузки от нуля до 125 % номинальной и коэффициента мощности от единицы до 0,6.

Шестая проблема – как компенсировать тепловой увод при нагреве элементов системы и изменение частоты вращения дизеля, вращающего вал генератора.

Седьмая проблема – как обеспечить лёгкость настройки системы в условиях заводаизготовителя большой серии регуляторов.

И, наконец, последнее – как резко снизить массу и габариты регулятора.

Все эти проблемы шаг за шагом и комплексно были решены. Пожалуй, самой важной и плодотворной была идея создания такого регулятора, который без отрицательной обратной связи обеспечивал такую характеристику вход-выход, которая максимально точно соответствовала регулировочной характеристике генератора. В таком случае на долю отрицательной обратной связи оставалось бы только обеспечение устойчивости системы. Только при такой схеме возможно было получить высокую точность регулирования при низком коэффициенте усиления цепи отрицательной обратной связи. В свою очередь, только при низком коэффициенте усиления можно было иметь переходный процесс без перерегулирования, с минимальным временем достижения установившегося состояния после возмущения. До сих пор удивляюсь, что без единого транзистора (которых тогда не существовало), без усилителей, являющихся обязательной принадлежностью любого регулятора, была достигнута точность лучше одного процента. Кстати, в технических условиях на регулятор была записана точность 1,3 %. Эта величина была результатом моего личного торга с директором ЦКБ Кабчевским (сегодня это предприятие “Меридиан”). Удивляюсь и тому, что торговаться по такому важному вопросу ЦНИИ им. Крылова послало зелёного юнца, да ещё без сопровождения какого-то опытного управленца. Может быть, я действительно добился своей работой такого удивительного, по сегодняшним понятиям, доверия?

Интересно, что сейчас, через почти пол – века я понял, что в регуляторе реализовал адаптивный принцип автоматического регулирования. Сущность принципа в том, что регулятор по своему принципу действия должен создавать такую зависимость выходной величины от возмущающих воздействий, которую требует объект управления для полной компенсации возмущений.

В данном случае объектом является синхронный генератор с нагрузкой. Основными возмущающими воздействиями для него являются ток статора и коэффициент мощности нагрузки. Если создать регулятор, который в зависимости от этих возмущений создаёт семейство регулировочных характеристик генератора, то на долю обратных связей системы регулирования останется только обеспечение устойчивости.

Отсюда и высокая точность регулирования при совсем малом коэффициенте усиления цепи обратной связи.

Любопытен психологический момент – в то время я совершенно не задумывался над подобного рода вопросами.

В общем, разработка регулятора была успешно завершена. Летом 1958 года на головном корабле в Феодосии вся система принята Государственной комиссией, признана соответствующей ТУ и рекомендована к серийному производству на заводе “КРИЗО” в Гатчине.

Корабли на крыльях очень понравились пограничникам. Построено было несколько сотен катеров, лучших в мире на то время. Достаточно того, что ни один серийный корабль не имел скорости хода 72 узла. До сих пор помню, как свистел ветер на ходу корабля на мерной миле у черноморского посёлка “Приморский” под Феодосией.

Конечно, не обошлось без трудностей и срывов. Я выбрал для регулятора лучшие, новейшие материалы и элементы. Применил лучшую новейшую электротехническую текстурованную сталь Э-330. Использовал только-только появившуюся обмоточную шину с кремний органической изоляцией. Применил тогда ещё экзотические полупроводниковые диоды ВГ-10 и ДГЦ. Но вот конденсаторы (типа БГО), использованные в качестве компаундирующих сопротивлений, к работе на высокой частоте оказались непригодными. В один прекрасный момент конденсаторы один за другим начали взрываться прямо у заводского пирса. Из люка машинного отделения, из всех щелей корабля пошёл бело-коричневый едкий дым. По возвращении в Ленинград директор 3-го института (Аристов Евгений Михайлович) сильно меня отчитывал. Ещё раз удивляюсь – как можно было не контролировать мои действия хотя бы по выбору материалов. Ведь когда разрабатываются чертежи для изготовления в цехе, конструкторы составляют спецификацию и проверяют все применённые изделия на соответствие ТУ. Но было так, как было.