Динамика и энергоэффективность перспективных единиц подвижного состава, оснащаемых вентильно-индукторными электрическими машинами

• Автор: Гребенников, Николай Вячеславович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основные этапы развития тягового электропривода подвижного
состава
1.2 Подвагонные электрогенераторы
1.3 Перспективы использования вентильно-индукторного привода на
подвижном составе железных дорог
1.4 Компьютерное моделирование единицы подвижного состава как
электромеханической системы
1.5 Выводы по первой главе
2 КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЯЕМОЙ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВАГОН - ПОДВАГОННЫЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР»
2.1 Описание конструкции подвагонного вентильно-индукторного
генератора
2.1.1 Установка ВИГ на вагоне-рефрижераторе
2.1.2 Установка ВИГ на пассажирском вагоне
2.2 Моделирование механической части вагона в программном
комплексе «Универсальный механизм»
2.2.1 Уравнения движения системы твердых тел
2.2.2 Применение ПК «Универсальный механизм»
2.3 Построение компьютерной модели электрической части
вентильно-индукторного генератора
2.3.1 Расчет электромагнитных характеристик ВИМ
2.3.2 Повышение эффективности расчета магнитных характеристик
2.3.3 Способы управления вентильно-индукторным генератором
2.3.4 Компьютерная модель электрической части ВИГ
2.4 Сопоставление результатов компьютерного моделирования и
стендовых испытаний
2.4.1 Результаты компьютерного моделирования динамики управляемой электромеханической системы «вагон — подвагонный вентильно-индукторный генератор»
2.5 Выводы по второй главе
3 УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ГЕНЕРАТОРА ПУТЕМ
УВЕЛИЧЕНИЯ ЧИСЛА ФАЗ ПРИ НЕИЗМЕННОЙ КОНФИГУРАЦИИ СТАТОРА
3.1 Варианты исполнения ВИМ со статором, имеющим 18 зубцов
3.2 Электромагнитные процессы в ВИМ конфигурации 18/15
3.3 Компьютерная модель ВИГ 18/15
3.4 Анализ энергетических показателей ВИГ
3.5 Экспериментальное подтверждение
3.6 Результаты компьютерного моделирования динамики управляемой электромеханической системы «вагон — подвагонный вентильно-индукторный генератор 18/15»
3.7 Выводы по третьей главе
4 ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ШЕСТИФАЗНЫХ ВИМ КОНФИГУРАЦИИ 18/15
4.1 Тяговый двигатель НТИ
4.2 Вентильно-индукторные двигатели для безредукторного тягового
привода
4.3 Концепция электрической передачи тепловоза на базе вентильноиндукторных машин
4.4 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из условий успешного развития экономики Российской Федерации является наличие эффективной и надежной транспортной системы, что предопределяет высокие требования к качеству подвижного состава железных дорог.
В процессе эволюции подвижного состава на протяжении длительного времени применялись коллекторные электрические машины постоянного тока, что было обусловлено такими их качествами, как простота конструкции и управления. Наряду с этим, существенным недостатком является наличие коллекторно-щеточного аппарата.
В настоящее время на самоходном подвижном составе повсеместно находят применение бесколлекторные электрические машины переменного тока (синхронные тяговые генераторы и асинхронные тяговые двигатели), главным образом по причине высокой мощности и надежности. Однако, такие машины требуют наличия сложных микропроцессорных систем управления и преобразования энергии.
Вместе с тем, появляются новые виды высокоэффективных электрических машин, которые имеют перспективы использования на железнодорожном подвижном составе. К их числу относятся вентильно-индукторные машины (ВИМ), которые находят применение главным образом как двигатели в составе тяговых и вспомогательных электроприводов. Вместе с тем, и в качестве генератора такая машина представляет значительный интерес для подвижного состава, в том числе как подвагонный генератор.
Отметим здесь такие достоинства ВИМ, как высокий к.п.д. и отсутствие обмоток на зубчатом роторе. Кроме того, по сравнению с электрическими машинами других типов ВИМ конструктивно проще и технологичнее, имеет меньшие расходы меди и изоляционных материалов при практически одинаковых массах электротехнической стали. В итоге, это позволяет достичь более высоких энергетических и массогабаритных показателей, снизить стоимость ВИМ и затраты на эксплуатацию. Кроме того, при использовании

Рис. 2.1. Принципиальная схема электроснабжения вагона КП - колесная пара, ДПР - датчик положения ротора, ДН - датчик напряжения,
СП - силовой преобразователь, СУ - система напряжения, АМН - автономный инвертор
напряжения.
Принципиальная схема трехфазного ВИГ конструкции РГУПС показана на рис. 2.2. Статический преобразователь является инвертором напряжения с включением каждой из фазных обмоток в диагональ индивидуальных мостов с силовыми транзисторными ключами и обратными диодами.

Рис. 2.2. Принципиальная схема трехфазного ВИГ ДПР - датчик положения ротора, ДТ - датчик тока, ДН - датчик напряжения, КП -колесная пара, СУ - система управления, СП - силовой преобразователь
Основные параметры предлагаемого подвагонного генератора приведены в таблице 2.1. Величина напряжения постоянного тока устанавливается в зависимости от назначения. Если потребителем используется стандартное переменное напряжение 220 В (действующее значение), то постоянное вы-