Вдосконалення колекторних тягових двигунів для рухомого складу при пульсучій та імпульсній напрузі живлення

 

 , (15)

 

де wd, wk, wa – кількість витків обмотки додаткового полюса, компенсаційної обмотки та обмотки якоря; ad – кількість паралельних гілок обмотки додаткового полюса;  =YБ/Yj, YБ – магнітна провідність по периметру осердя ДП за винятком ділянки немагнітного зазору. * позначено відповідні магнітні провідності, що віднесені до YБ.

У четвертому розділі наведені результати апробації методики розрахунку магнітного кола ДП на фізичних моделях магнітної системи додаткових полюсів, серійних тягових двигунах з різними варіантами виконання магнітного кола ДП, а також проведено порівняльний аналіз розрахункових і дослідних значень комутуючого магнітного потоку.

Модель, що відбиває фізичні процеси, які існують у магнітному колі ДП, являє собою П-подібне осердя та ярмо, на стрижнях осердя якої розміщені дві обмотки збудження. За допомогою розробленої моделі визначена величина магнітної індукції при різних варіантах конструкцій фізичної моделі: масивне ярмо і розшаровані осердя; розшароване ярмо і масивне осердя. Також на моделі досліджено закономірність зміни магнітної індукції біля границь області, що розглянуто в другому розділі.

Дослідження моделей проводилося при пульсуючому живленні на лінійній ділянці характеристики намагнічування. Струм в обмотках збудження і магнітна індукція в повітряному зазорі реєструвались осцилографом. Похибки результатів розрахунку та досліду не перевищували 10%.

Методика також була перевірена на двох двигунах, що є аналогами ТЕД: НБ-418 (масивна станина і розшароване осердя ДП) і НБ-406 (масивна станина і масивне осердя ДП). Перший двигун досліджувався при частоті пульсацій струму 100 Гц, дослідження другого двигуна проводилось при різній частоті пульсуючого струму з метою оцінки рівня демпфіювання комутуючого магнітного потоку в двигунах з масивною конструкцією осердя ДП. У двигуні П141-6, починаючи з частоти 1 Гц, уже було помітне значне демпфіювання. По мірі зростання частоти струму також зростало демпфіювання, яке виявлялось зниженням амплітуди та відставанням фази комутуючого потоку від попередніх значень. При частоті більш ніж 7 Гц виникло “перекидання” потоку. Робота досліджуваних двигунів характеризувалась інтенсивним іскрінням щіткового контакту, що викликало підгар робочої поверхні колектора та щіток. Нескомпенсована ЕРС перевищувала допустимі межі в 1, 7 – 2 рази. Нормальна робота в цих умовах була неможливою. Для рішення проблеми комутації перший двигун було модернізовано з використанням запропонованого схемно-конструкційного методу (ел. схема форсованого збудження ДП ТЕД подана на рис. 4)

Струм у форсуючій обмотці в цьому разі визначався за формулою:

 

 , (16)

 

де Еф – ЕРС, яка протидіє струму форсування, залежить від місця розміщення форсуючої обмотки. В даному випадку її було розміщено на осерді ДП ближче до якоря.

Встановлено, що варіацією параметрів вказаної схеми та кількістю витків форсуючої обмотки досягається значне покращення комутації. Розроблено програму, що дозволяє за заданими параметрами ТЕД розраховувати необхідні параметри форсуючого пристрою з метою отримання оптимальних значень амплітуди та фази комутуючого магнітного потоку при пульсуючій або імпульсній напрузі живлення.

Апробація запропонованого методу показала його високу ефективність, нескомпенсовану ЕРС практично було ліквідовано, комутація стала безіскровою.

 

 

Дисертація містить отримані автором наукові результати, що у сукупності дають можливість зробити висновок про те, що їхнє застосування дозволить вирішити наукову задачу вдосконалення колекторних тягових двигунів рухомого складу при пульсуючій та імпульсній напрузі живлення, тим самим підвищити ефективність та надійність функціонування електрорухомого складу залізниць. На підставі проведених у дисертації досліджень можна зробити наступні висновки:

Вирішення проблеми підвищення експлуатаційної ефективності електрорухомого складу залізниць за рахунок переводу його на імпульсне регулювання замість енерговитратного резисторного, безвідривно пов’язане з забезпеченням надійності роботи тягових двигунів при імпульсній та пульсуючій напрузі живлення. Зниження надійності функціонування пояснюється демпфіюванням комутуючого магнітного потоку вихровими струмами, що призводить до появи нескомпенсованої електрорушійної сили в комутуючих секціях і, як наслідок, до зниження комутаційної стійкості, іскріння та підвищеного зносу колектора та щіток.

На підставі закону повного струму в інтегральній формі (що враховує зв’язок ланок вихрового поля з іншими ланками магнітного кола) розроблено методику розрахунку вихрових магнітних полів у магнітних колах ТЕД.

Встановлена узагальнена функціональна залежність між рівнем впливу вихрових струмів в магнітному колі ДП на комутуючі магнітні потоки та комутацією ТЕД, яка дозволяє розраховувати значення МРС вихрових струмів з достовірністю 85-92%.

Розроблена математична модель магнітного кола тягових колекторних двигунів з урахуванням реакції вихрових струмів, яка може використовуватися для оцінки експлуатаційної можливості ТЕД для конкретних умов.

Доведені теоретично та підтверджені експериментально нові особливості розподілу магнітного поля в ланках магнітного кола ТЕД дозволяють побудувати тактику модернізації ТЕД з можливістю нормального функціонування останніх у нових для них умовах при підвищеному рівні пульсацій струму.

Розроблено (на основі теоретичних досліджень) новий схемно-конструкційний метод активної компенсації реакції вихрових струмів, який захищений Патентом України. Застосування даного методу на практиці дозволить збільшити міжремонтний пробіг колекторних ТЕД не менше ніж в 1, 2 – 1, 4 рази при експлуатації їх в умовах пульсуючої та імпульсної напрузі живлення.

Запропоновані схемотехнічні рішення дозволяють застосувати їх як при проектуванні та виготовленні нових зразків тягових колекторних двигунів для рухомого складу, так і при модернізації та вдосконаленні ТЕД, котрі знаходяться в експлуатації.

Результати досліджень і розробок