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

Українська державна академія залізничного транспорту

 

Карпенко Надія Петрівна

 

УДК 629. 4: 629. 423: 621. 3: 025

 

 

05. 22. 07 – Рухомий склад залізниць та тяга поїздів

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Харків-2002

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українській державній академії залізничного транспорту на кафедрі «Системи електричної тяги», Міністерство транспорту України.

Науковий керівник – доктор технічних наук Калініченко Сергій Петрович, Українська державна академія залізничного транспорту, кафедра «Системи електричної тяги», професор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Колесник Іван Кузьмич, Українська державна академія залізничного транспорту, професор кафедри «Експлуатація та ремонт рухомого складу» кандидат технічних наук, доцент Далека Василь Хомич, Харківська державна академія міського господарства, Міністерство освіти і науки України, завідувач кафедри «Міський електричний транспорт».

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет

ім. Володимира Даля, кафедра «Залізничний транспорт», Міністерство науки і освіти України, м. Луганськ.

Захист відбудеться « 30 « травня 2002 р. о 13-00 год. у конференцзалі на засіданні вченої ради Д 64. 820. 04 при Українській державній академії залізничного транспорту за адресою: 61050, м. Харків, пл. Фейєрбаха, 7.

  

 

Вступ. В умовах зростаючого дефіциту енергоресурсів та збільшення їх вартості нагальною потребою є зниження енерговитрат на залізничному транспорті, що є одним з основних споживачів електроенергії. Розвиток напівпровідникової техніки дозволяє вирішити проблему електрифікації залізниць на змінному струмі з живленням тягових двигунів пульсуючим струмом. В наш час з’явилась можливість застосування імпульсного регулювання напруги тягових двигунів на рухомому складі постійного струму замість енерговитратного резисторного, що використовується зараз. Вирішення проблеми енергозбереження в значній мірі пов’язане з забезпеченням надійної роботи тягових електричних двигунів (ТЕД) при пульсуючому або імпульсному їх живленні. Вказаний напрямок подальшого розвитку тягового рухомого складу відповідає Концепції та Програмі реструктуризації залізничного транспорту України та Комплексній державній програмі енергозбереження, що схвалені Кабінетом Міністрів України.

Актуальність роботи. Прийняті раніше при створенні двигунів пульсуючого струму заходи є недостатніми, лише 60% тягових колекторних двигунів рухомого складу змінного струму витримують міжремонтні терміни експлуатації. При імпульсному живленні умови роботи ТЕД ще більш ускладнюються. При однофазному випрямленні змінного струму або при імпульсному регулюванні напруги на тягових двигунах струм у колі якоря має сталу та змінну складові. Остання ускладнює роботу ТЕД, особливо потужних, які використовуються на електровозах ВЛ- 11, ВЛ- 80, а також нових вітчизняних електровозах ДЕ1, ДЕ2, що обумовлено появою вихрових струмів у магнітному колі додаткових полюсів (ДП). При цьому комутація виходить за межі допустимих значень, які встановлені нормативними документами, що має прояв в підвищенні іскріння на колекторі, зносі щіток і колектора, зниженні потенціальної стійкості двигуна. Так, досвід експлуатації рухомого складу метрополітену з тиристорно-імпульсною системою регулювання напруги на двигунах виявив, що поряд з економією електроенергії (до 30%) значно (майже у 4 рази) збільшуються виробка колектора та знос щіток. Для зменшення пульсацій струму застосовують згладжуючи реактори. Однак габарити, маса та вартість реактора швидко зростають з ростом коефіцієнта згладжування. Зважаючи на те, що енергоємність, а отже, розміри і вартість реактора залежать від періоду пульсацій, особливо при імпульсному живленні тягових двигунів, досягти зниження пульсацій нижче 25% на практиці не вдається.

Наведене підтверджує актуальність теми дисертаційної роботи, присвяченій науковому обґрунтуванню та перевірці запропонованих рішень для підвищення експлуатаційної надійності нових та існуючих ТЕД для рухомого складу при пульсуючій та імпульсній напрузі живлення.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до пріоритетних напрямків розвитку галузі згідно з Концепцією та Програмою реструктуризації на залізничному транспорті, затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України № 769 від 02. 06. 1998р., Комплексною державною програмою енергозбереження України, затвердженою Постановами Кабінету Міністрів №148 від 05. 02. 1997р. та №1040 від 27. 06. 2000р., Державною програмою електрифікації залізниць на 1994-2004 роки, затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України №115 від 22. 09. 1994р., Постановою Кабінету Міністрів України №480 від 26. 06. 93р. “Про розробку і виробництво у 1993-2000роках магістральних вантажних і пасажирських електровозів”, планом НДР Харківської державної академії залізничного транспорту (ХарДАЗТ) – договір №25/5. 99 від 01. 02. 99 «Модернізація тягових електродвигунів постійного струму» між ХарДАЗТ та ДНВО “Харківський електромеханічний завод” (“ХЕМЗ”), (держ. реєстрація №ДРО101U002456, 2000, 107с.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є вдосконалення колекторних тягових двигунів шляхом покращення їх комутаційних властивостей на основі використання активних методів компенсації реакції вихрових струмів для підвищення ефективності і надійності функціонування рухомого складу.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

обґрунтувати необхідність та удосконалити методику розрахунку магнітної системи в цілому, та додаткових полюсів зокрема, тягових колекторних двигунів для рухомого складу при пульсуючій та імпульсній напрузі живлення;

дослідити особливості зміни магнітного поля в масивних ланках магнітної системи ТЕД з урахуванням впливу вихрових струмів на величину магнітного поля;

встановити функціональну закономірність зміни магнітних полів у ТЕД при пульсуючій та імпульсній напрузі живлення з уточненням чисельних розрахунків магніторушійних сил (МРС)