Разработка методов выбора параметров асинхронного тягового двигателя с учетом теплового состояния обмоток

• Автор: Тихонов, Филипп Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ

ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ИХ ОБМОТОК

1.1. Обзор характеристик асинхронных тяговых 6 электродвигателей

1.2. Методы экспериментального определения температур обмоток электродвигателей

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ КАК ТЕПЛОВОГО ОБЪЕКТА

2.1. Существующие методы расчета температур электродвигателей

2.2. Модель асинхронного электродвигателя как нестационарного теплового объекта

2.2.1 Тепловая модель электродвигателя

2.2.2. Расчет тепловыделений в узлах электродвигателя

2.2.3. Расчет теплопередачи узлов электродвигателя к теплоносителю
2.2.4. Расчет теплопроводностей между узлами электродвигателя
2.3. Модель электродвигателя как аэродинамической системы
2.4. Анализ адекватности математической модели асинхронного электродвигателя реальному объекту
3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ
ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА НАГРЕВ ОБМОТОК
3.1. Особенности конструктивных параметров ротора электродвигателя
3.2. Тепловые характеристики стержней ротора электродвигателя
3.3. Распределение температур в обмотках электродвигателя на номинальном режиме работы
4. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1. Динамическая модель энергетической цепи локомотива
4.2. Влияние режима работы электровоза на тепловое состояние обмоток электродвигателя
4.3. Влияния режима работы тепловоза на тепловое состояние обмоток электродвигателя
4.4. Анализ влияния формы стержня ротора на нагревание обмоток электродвигателя в эксплуатации
5. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ 5 ПАРАМЕТРОВ РОТОРА АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
5.1. Критерий влияния температуры обмотки 5 электродвигателя на изменение ее характеристик в эксплуатации
5.2. Анализ влияния конструкции стержней ротора на 8 характеристики изоляции электродвигателя в эксплуатации
5.3. Расчет экономической эффективности от 5 модернизации ротора двигателя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Недостатком асинхронного двигателя как электромагнитного объекта является процесс передачи мощности, необходимой для создания магнитного потока, через статорную обмотку. За счет намагничивающего тока увеличивается ток статорной обмотки, повышая ее тепловую нагрузку /3/. В результате снижается КПД и коэффициент мощности электродвигателя. Так как расчетная мощность, определяющая размеры машины, обратно пропорциональна коэффициенту мощности, масса и размеры асинхронного двигателя снижаются не в гой мере, в какой можно было бы ожидать. Удовлетворительная величина коэффициента мощности (0,8. АТД на уровне частоты вращения якоря коллекторного двигателя в тех же габаритах А ГД может реализовать момент на % больше. Сопоставление технических характеристик тяговых электродвигателей зарубежных стран и отечественного производства показывает, что за счет повышения допустимой частоты вращения ротора в тех же габаритах АГД могут быть выполнены с мощностью в 1,5. При этом значительно снижается расход цветного металла и изоляции. Опыт эксплуатации асинхронного тягового привода на железных дорогах Германии показал, что применение данного типа привода, благодаря более высокой номинальной мощности, позволяет сократить численность парка локомотивов на %, а суточные пробеги при этом будут увеличены на -% /4/; при вождении тяжеловесных поездов можно будет сократить и количество локомотивов. В ближайшие 5-6 лет среднее количество электровозов с АТД на железных дорогах Германии достигнет %, в том числе в компании Railion Deutschland % и DB Fernverkehr - % //. США подтвердила, что для ведения поезда массой тыс. Эксплуатация тепловозов с передачей переменного тока становится оправданной и с экономической точки зрения, поскольку помимо меньшего числа и меньшей общей стоимости парка локомотивов (даже при более высокой стоимости одной единицы) для освоения данного объема перевозок достигается значительное снижение расходов на их техническое обслуживание и ремонт //. Таблица 1. Тип двигателя Страна изготови -гель Мощность кВт Полная масса. Масса меди. НЬ-7 СССР 0 - 4. Применение асинхронного тягового привода положительно сказывается не только на потреблении энергоресурсов. Так по данным фирмы ВВС электровоз Б- с асинхронными тяговыми двигателями при трогании поезда с места без боксования реализовал силу тяги 5 кН, что на % больше, чем электровоз НА-. Это положение убедительно подтверждается данными по расходу песка. В процессе эксплуатации электровоз ЕЛ-1ООО расходовал 4 кг/(млн. Н- - только 6 кг/(млн. Аналогичные результаты были получены при тягово-энергетических испытаниях опытного электровоза отечественного производства ВЛ -1 с асинхронным тяговым приводом, который одним двигателем при грогании состава с места реализовывал силу тяги 5 кН /2, /. Испытания опытных образцов электровозов ВЛа-8 и ВЛа-1 показали, что при допустимой в эксплуатации разнице в диаметрах колес мм, расхождение в нагрузках по параллельным тяговым двигателям не превышает 8-%, а при разнице 5-6 мм в диапазоне номинальных нагрузок 4-6%. Этот показатель не хуже соответствующего показателя серийных электровозов с коллекторными тяговыми двигателями //. Несмотря на лучшие технические характеристики АТД по сравнению с электродвигателями постоянного тока, основным показателем, определяющим эффективность внедрения асинхронного тягового привода на подвижном составе, является снижение расходов на содержание локомотива в условиях эксплуатации. Отсутствие коллекторного узла и изоляции у обмотки ротора позволяет отказаться от периодических осмотров А'ГД при выполнении ТО в депо - за счет исключения операций по замене щеток, продораживания и шлифовки коллектора, и сократить объем ремонтных работ. Обслуживание АТД сводится только к запрессовке смазки в подшипники, что снижает объем эксплуатационных работ по обслуживанию локомотивов в депо. Учитывая положительные качества асинхронного тягового привода, с -х годов прошлого века во всех промышленно развитых странах начались интенсивные исследования и разработки тягового подвижного состава с АТД. Первые в мире макетные образцы электроподвижного состава с АТД были изготовлены в г.