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

Предмет:

Тип роботи:

Автореферат

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

і знос щіток. Забезпечити безіскрові режими роботи при пульсуючому живленні не вдається внаслідок демпфіювання комутуючого магнітного потоку вихровими струмами і появи, у зв'язку з цим, нескомпенсованої електрорушійної сили (ЕРС). Аналізується вплив на величину нескомпенсованої ЕРС конструктивного виконання магнітної системи ТЕД. Показано, що навіть при цілком розшарованій магнітній системі забезпечити надійну роботу ТЕД не завжди вдається, крім того відбувається зниження його потужності та міцності. З аналізу робіт видно, що забезпечити задовільний режим роботи ТЕД на рухомому складі, що експлуатується, вдалося, завдяки розшаруванню осердя ДП, наявності компенсаційної обмотки, шунтуванню обмотки збудження постійним резистором. Перевід електрорухомого складу постійного струму на імпульсне регулювання напруги на ТЕД може призвести до серйозних порушень комутації в силу конструктивних особливостей існуючих ТЕД. З аналізу робіт зазначених вище авторів видно, що використання ТЕД постійного струму без їхньої модернізації і застосування нових схемних рішень неможливо. Це і визначило основний напрямок досліджень у дисертаційній роботі, присвяченій розробці активного методу компенсації реакції вихрових струмів у ТЕД, що викликало необхідність проведення досліджень фізичних процесів, які відбуваються в ТЕД пульсуючого струму.

У другому розділі розглянута демпфуюча дія вихрових струмів на магнітні потоки ДП при пульсуючому живленні і визначається їх МРС. При розрахунку вихрових магнітних полів у магнітних колах ТЕД використовується закон повного струму в інтегральній формі, що враховує зв'язок ланок вихрового поля з іншими ланками магнітного кола.

. (1)

де H – вектор напруженості магнітного поля; dl – елемент шляху та його направлення при обході контуру МРС; j – вектор щільності струму; dS – елемент поверхні, через яку проходить струм.

При розрахунку магнітного кола магнітна проникність  використана у вигляді

, (2)

де l – середня довжина магнітної силової лінії в ділянці вихрового поля; S – площа поперечного перерізу цієї ділянки; Y – повна магнітна провідність магнітного кола ДП потоку вихрових струмів ТЕД.

Остання враховує структуру магнітного кола та вплив повітряних зазорів на процеси зміни магнітних потоків.

Осердя ДП у ТЕД електрорухомого складу постійного струму виконують масивними, а в ТЕД пульсуючого струму їх змушені виконувати розшарованими. Таким чином, конструкція магнітного кола ДП двигунів пульсуючого струму має, як правило, одну ділянку вихрового поля – станину. Якщо виконати і осердя ДП масивними, то забезпечити нормальні умови комутації не вдасться, тому що має місце «перекидання» комутуючого потоку, компенсувати яке існуючими рішеннями не вдається.

Пульсуюче магнітне поле в станині описується рівнянням, що зв'язує просторову і тимчасову зміну магнітної індукції, рішення якого знаходиться в операторному вигляді методом Дирихле для прямокутника. При нульових початкових умовах перетворене за Лапласом рівняння набуває вигляду

, (3)

де В – магнітна індукція в області комплексної змінної;. р – оператор Лапласа,  – питомий електричний опір матеріалу.

Згідно з методом Дирихле, знаходиться сума двох складових загального рішення, яка враховує зміну магнітного поля від внутрішньої до зовнішньої оболонок станини, а також зміну уздовж осьової довжини станини. Перше рішення може бути визначене при відомих значеннях індукції на границях внутрішньої і зовнішньої оболонок станини. Традиційно вони приймаються однаковими і змінюються пропорційно МРС чи струму збудження. Однак дослідження, які проводилися раніше, та дослідження фізичної моделі магнітного кола ДП показали, що в станині поблизу внутрішньої і зовнішньої поверхні має місце різко виражена неоднорідність зміни магнітного поля. При стрибкоподібному прикладенні МРС збудження в перший момент часу біля зовнішньої границі станини магнітного поля практично немає, а близько внутрішньої границі в початковий момент часу магнітна індукція може значно перевищувати своє стале значення. На бічних границях станини граничні умови будуть змінюватися протягом перехідного процесу від початкового значення на внутрішній границі до значення сталого на всіх границях після завершення перехідного процесу. Математично граничні умови визначались законом проходження електромагнітної хвилі крізь товщу станини від внутрішньої до зовнішніх оболонок. Дані розрахунку граничного значення магнітної індукції для фізичної моделі ДП підтверджені дослідними випробуваннями. Рішення для повного магнітного потоку ДП з урахуванням демпфуючого впливу вихрових струмів знаходиться за теоремою згортки в області комплексної змінної у вигляді

, (4)

де pi (p) – функція похідної струму якоря; Yp (p) – перехідна магнітна провідність кола ДП повному потоку, який існує в станині.

При пульсуючому або імпульсному живленні струм у колі якоря має сталу та змінну складові. Основну гармоніку останньої враховують при оцінці комутації двигунів пульсуючого струму. Вона визначається як

i = Imsin (t +), (5)

де Im – амплітудне значення струму;  – початкова фаза.

У символічному вигляді з урахуванням вказаної зміни струму визначається комплексна магнітна провідність з урахуванням особливостей граничних умов у станині. Її значення залежить від двох параметрів: Т (Т – стала часу вихрових струмів) та співвідношення сторін поперечного перетину станини . У знайденому рішенні для магнітного потоку знаходиться його періодична складова, а аперіодична складова, що залежить від початкової фази до уваги не береться. Магнітний потік, який створюється змінною складовою струму якоря, знаходиться через комплексну магнітну провідність у вигляді закону Ома: