Разработка методов выбора параметров тяговых приводов тепловозов по уровню энергетической эффективности

• Автор: Солдатенко, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

1.1. Технические характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока

1.2. Технические характеристики асинхронных тяговых электродвигателей

1.3. Критерии опенки эффективности работы тяговых электродвигателей постоянного и переменного тока в эксплуатации
2. МОДЕЛЬ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ТЕПЛОВОЗОВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1. Математическая модель тягового электродвигателя

. постоянного тока

2.2. Анализ адекватности модели тягового электродвигателя реальному объекту

2.3. Расчет параметров тяговых электродвигателей

постоянного тока различной мощности

2.4. Анализ параметров тяговых электродвигателей постоянного тока различной мощности
2.5. Анализ возможных показателей эффективности тяговых электродвигателей постоянного тока
2.5.1. Эффективность электродвигателей на
продолжительном режиме работы
2.5.2. Интегральные показатели эффективности работы
тяговых электродвигателей в эксплуатации
МОДЕЛЬ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ ТЕПЛОВОЗОВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Математическая модель тягового асинхронного электродвигателя
3.2. Анализ адекватности модели тягового асинхронного электродвигателя реальному объекту
3.3. Расчет параметров асинхронных тяговых двигателей различной мощности
3.4. Анализ параметров асинхронных тяговых двигателей различной мощности
3.5. Анализ возможных показателей эффективности асинхронных тяговых электродвигателей
3.5.1. Эффективность тяговых асинхронных двигателей на продолжительном режиме работы
3.5.2. Интегральные показатели эффективности работы асинхронных тяговых двигателей в эксплуатации СРАВНЕНИЕ ТЯГОВЫХ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И КОНСТРУКТИВ 1ЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЯГОВОГО ПРИВОДА РАЗЛИЧНОГО ТИПА И МОЩНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ ПРИ ИХ РАБОТЕ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1. Анализ тяговых характеристик тепловозов с тяговым приводом постоянного тока и с асинхронным тяговым приводом
4.2. Анализ энергетических характеристик асинхронного тягового электропривода и тягового электропривода постоянного тока
4.3. Эффективность использования конструкционных материалов в асинхронном тяговом двигателе и в тяговом
двигателе постоянного тока
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЯГОВОГО ПРИВОДА РАЗЛИЧНОГО ТИА НА ЛОКОМОТИВАХ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
5.1. Анализ удельного стоимостного показателя использования конструкционных материалов в тяговом двигателе постоянного тока и в асинхронном тяговом электрод ви гателе
5.2. Целевая функция для определения эффективности использования тягового привода постоянного тока и тягового асинхронного электропривода
5.3. Экономический эффект от применения рационального типа тягового электропривода на локомотивах в эксплуатации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Степень использования конструкционных материалов обмоток и электротехнической стали может быть оценена по удельному их расходу на единицу полезной мощности. Удельный расход меди для коллекторных ТЭД постоянного и пульсирующего тока при переходе от 4х полюсного к 6ти полюсному исполнению сокращается почти в 2 раза. Удельный расход электротехнической стали, с ростом мощности коллек торных ТЭД, снижается с 5,6 кгкВт до 1, кгкВт, что говорит о наиболее эффективном использовании активных материалов в мощных тяговых двигателях. Это подтверждается и значениями относительной массы тяговых двигателей, которая при мощности ТЭД кВт составляет кгкВт, а для двигателей мощностью кВт кгкВт. Расход изоляционных материалов в мощных коллекторных ТЭД может достигать до кг на один двигатель. Вт при полюсах, длине активной части 0,0,4 м, диаметре якоря 0,8Ю,9 , межламельном напряжении В, для двигателя пульсирующего тока кВт при длине активной части 0,3Ю, м, диаметре якоря 0,7Ю,8 л, пульсации тока . Однако указанные мощности не могут быть реализованы на локомотивах изза ограничений по массе и объему на дополнительное тяговое оборудование. Анализ мирового тягового электромашиностроения показал, что за последние годы в эксплуатации номинальная длительная мощность коллекторных тяговых двигателей электровозов постоянного тока увеличилась до 5 кВт у грузопассажирских и до кВт у пассажирских электровозов , , , . Мощность коллекторных ТЭД пульсирующего тока электровозов переменного тока с выпрямителями достигла 0 кВт у грузовых и кВт у грузопассажирских электровозов. Вт. Рост номинальной мощности ТЭД сопровождался увеличением вращающего момента и частоты вращения. Совершенствование конструкции тяговых двигателей позволило, несмотря на значительное увеличение мощности и вращающего момента, сохранить практически неизменной массу двигателя. Например, однофазный коллекторный двигатель типа 1 Швейцария имел мощность в продолжительном режиме 0 кВт и массу кг, а двигатель типа Швейцария кВт и кг. Несмотря на то, что двигатель развивает в номинальном режиме на больший вращающий момент, объем активной части его якоря больше на , максимальная частота вращения выше на , чем у двигателя 1 , их общая масса практически одинакова массы якорей также почти равны и кг. Поскольку при увеличении мощности масса двигателей заметно не увеличилась, относительная масса, благодаря совершенствованию конструкции, значительно снизилась в 1,2 раза у двигателей постоянного тока, имеющих корпусную изоляцию рассчитанную на напряжение 3 кВ, с до 4,,0 кгкВт, у двигателей пульсирующего тока с 4,,0 до 3 кгкВт . С целью уменьшения массы и габаритов тяговых двигателей исследуются методы интенсивного охлаждения с помощью тепловых трубок, которые могут передавать тепловой поток большой плотности до 0 Втсм2 на расстояние от 0,2 до 1л, что обеспечивает практически одинаковую температуру поверхности трубки по всей ее длине. Исследовалась также водяная система охлаждения обмоток двигателей. Этот вид охлаждения позволяет уменьшить массу двигателя еще на по сравнению с ТЭД, имеющим тепловые трубки. Применяемые в настоящее время коллекторные тяговые двигатели наряду с хорошими тяговыми характеристиками и высокими техникоэкономическими показателями имеют и серьезные недостатки, связанные с наличием коллектора. Современные тяговые двигатели являются также весьма напряженными машинами в отношении тепловых и особенно коммутационных условий на коллекторе. Наличие щеточноколлекторного аппарата снижает эксплуатационную надежность, усложняет ремонт тягового двигателя и увеличивает расходы на содержание локомотивов. Устранение указанных недостатков, снятие ограничений по мощности, обеспечение предельно высокого использования сцепления между колесом и рельсом может быть достигнуто переходом на бесколлекторпые, в частности, асинхронные тяговые двигатели. Поэтому не случайно во всех развитых странах ведутся интенсивные работы по созданию локомотивов, электропоездов и других подвижных единиц с асинхронным тяговым приводом. ГАД в ,5 раза превосходит коллекторные тяговые двигатели, а его кпд при рациональном алгоритме управления выше кпд двигателей постоянного тока.