Генератор подпитки тяговых двигателей тепловоза

• Автор: Елкин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 155 с.

Содержание
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований
Глава 2. Математическое моделирование электромагнитных процессов в униполярном индукторном генераторе при работе на активно-индуктивную нагрузку
2.1 Устройство генератора
2.2 Построение математической модели
2.3 Численная реализация математической модели на компьютере
2.3.1 Расчет переходных характеристик намагничивания зубцовой зоны методом конечных элементов
2.3.2 Аппроксимация характеристик элементов схемы замещения магнитной системы ГП
2.3.3 Линеаризация нелинейных элементов
2.3.4 Определение начальных значений потокосцеплений
2.3.5 Алгоритм расчета электромагнитных процессов
2.4 Оценка достоверности разработанной математической модели, алгоритма и расчетной программы
2.5 Выводы
Глава 3. Расчет генератора подпитки с учетом особенностей включения в силовую сеть тепловоза
3.1 Краткая характеристика работы ГП в составе системы подпитки
3.2 Математическое моделирование электромагнитных процессов в ГП
3.2.1 Построение математической модели
3.2.2 Алгоритм расчета электромагнитных процессов в генераторе подпитки
3.2.3 Оценка достоверности разработанной математической модели, алгоритма и расчетной программы
3.2.4 Расчет контура возбуждения
3.3 Расчет ГП
3.3.1 Предварительный выбор основных размеров
3.3.2 Выбор рациональной геометрии зубцовой зоны

3.3.3 Расчет переходных характеристик намагничивания зубцовой зоны
3.3.4 Расчет индуктивностей пазовых и лобовых рассеяний
3.3.5 Расчет электромагнитных процессов
3.3.6 Укладка провода в пазу
3.3.7 Расчет геометрических размеров контура возбуждения
3.3.8 Расчет потерь в стали
3.3.9 Определение потерь генератора
3.3.10 Тепловой расчет
3.4 Результаты расчетов ГП с разными вариантами зубцовых зон
3.5 Вопросы конструкции подшипниковых узлов
3.6 Выводы
Глава 4. Расчет генератора подпитки с емкостной компенсацией
4.1 Способы получения форсированного тока генератора в пусковых режимах тепловоза
4.2 Построение математической модели и алгоритма для расчета ГП с продольной емкостной компенсацией
4.3 Расчет электромагнитных процессов в ГП с продольной емкостной компенсацией
4.4 Результаты расчетов ГП, имеющих продольную емкостную компенсацию, с разными вариантами зубцовых зон
4.5 Вопросы выбора компенсирующих конденсаторов
4.6 Выводы
Заключение
Литература
Приложение А. Основные конструкционные данные опытного образца ГП
Приложение Б. Программа расчета электромагнитных процессов в ГП
Приложение В. Расчет прочности ротора
Приложение Г. Основные конструкционные данные ГП
Приложение Д. Основные конструкционные данные ГП с продольной емкостной компенсацией

ВВЕДЕНИЕ
В тепловозных дизельных электроэнергетических установках рекомендуется применение системы получения дополнительной электроэнергии за счет использования остаточной энергии выхлопных газов. В этом случае выхлопными газами приводится во вращение специальная силовая турбина с электрогенератором на валу, а полученная электрическая энергия используется для подпитки тяговых двигателей постоянного тока. По оценкам специалистов ВНИ-ИЖТа и Коломенского тепловозостроительного завода, применение такой системы на магистральном тепловозе позволит сэкономить до 5 % дизельного топлива. На тепловозе типа ТЭП-70 генератор подпитки (ГП) должен работать с частотой вращения силовой газовой турбины 10... 12 тыс. об/мин, иметь мощность до 200 кВт, при напряжении в силовой сети постоянного тока от 300 до 800 В. Мощность главного генератора достигает 2600 кВт.
В настоящей работе предлагается создание ГП на основе униполярного индукторного генератора. В этом случае ГП подключается через диодный выпрямитель к силовой сети постоянного тока. Главными достоинствами генератора индукторного типа являются конструктивная и технологическая простота, повышенная надежность, прочный ротор, допускающий повышенные частоты вращения. Это обеспечивает его высокую конкурентоспособность по отношению к другим типам генераторов.
При пониженном напряжении в силовой сети тепловоза с целью предотвращения аварийного разгона силовой турбины ГП должен работать с мощностью равной номинальной. При этом ток якорной обмотки в несколько раз превышает номинальный. Режим работы ГП с большими токами якоря наиболее сложен для расчета, поскольку он характеризуется существенным влиянием степени насыщения магнитной системы генератора на величину тока. Для снижения массы ГП может использоваться емкостная компенсация фазных индуктивностей путем включения последовательно с обмотками якоря компенсирующих конденсаторов.

Рисунок
Кусочно-линейная интерполяция является простейшей и часто используемой. Кусочно-линейную интерполяцию оказалось возможным применить только для характеристик вида рис.2.7. При использовании такой интерполяции в осциллограммах холостого хода ГП видны характерные изломы, присущие линейной интерполяции. Попытка использовать кусочно-линейную интерполяцию для характеристик вида рис.2.6 привела к потери устойчивости расчета.