Предложено проводить приемодаточные испытания тяговых электродвигателей электровозов не только в стационарных, но и в переходных режимах. На основе математического моделирования переходных процессов в цепи обмотки якоря предложен подход, позволяющий определить требования к силовому оборудованию испытательной станции, необходимые для обеспечения испытания тяговых электродвигателей с учетом параметров перегона, а также провести оценку возможности реализации необходимых режимов с использованием существующих испытательных станций

Попов, Денис Игоревич

Проненко, Алексей Викторович

Харламов, Виктор Васильевич

Шкодун, Павел Константинович

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. № 472Повышение качества технического обслужива-ния электровозов в условиях локомотивного депо,несомненно, является актуальным. Одним из пу-тей достижения указанной цели является решениезадачи совершенствования методики проведенияприемо-сдаточных испытаний тяговых электро-двигателей (ТЭД), в том числе при их испытанияхна коммутационную устойчивость.В настоящее время оценку коммутационнойустойчивости работы ТЭД при проведении прие-мо-сдаточных испытаний производят в соответ-ствии с ГОСТ 2582-81 и разработанными техноло-гическими картами в стационарном режиме на-грузки [1]. Вместе с тем, уровень искрения подщетками ТЭД зависит не только от постоянной со-ставляющей тока якоря, но и от его производнойпо времени, которая воздействует на магнитныйпоток в зоне коммутации [2], что приводит к усиле-нию неидентичности коммутационных цикловв секциях обмотки якоря и, следовательно, к зна-чительному усложнению настройки коммутации.Возникновение искрения щеток и появление кру-говых огней при эксплуатации ТЭД в большей сте-пени проявляется в нестационарных (переходных)режимах работы электродвигателей, например, притрогании электровоза, боксовании.Следовательно, необходимо проводить испыта-ния ТЭД не только в стационарных, но и в пере-ходных режимах работы с учетом условий эксплуа-тации. Для этого необходимо сформировать мето-дику получения информации об особенностях ра-боты ТЭД электровоза на участке железной дорогис целью определения параметров переходных ре-жимов в силовой цепи ТЭД. С другой стороны, по-лученная информация может служить основой дляуточнения условий проведения приемо-сдаточныхиспытаний и формирования требований к силово-му оборудованию испытательной станции ТЭД.Для возможности детального анализа данноговопроса необходимо провести математическое мо-делирование переходных процессов в цепи обмот-ки якоря ТЭД, которое позволит получить необхо-димые данные для определения режимов, устана-вливаемых при проведении испытаний. В качествеисходных данных для математического моделиро-вания переходных режимов возможно использова-ние результатов измерений, выполненных на пере-гоне Ишим–Московка Западно-Сибирской желез-ной дороги, и параметров эксплуатируемыхна данном перегоне электровозов ВЛ-10 с тяговы-ми двигателями ТЛ-2К1. На данном перегоне рас-смотрены переходные режимы при начале движе-ния электровоза с места, осуществлении ослабле-ния возбуждения ТЭД и др. Данные измерений па-раметров по одному из участков выбранного пере-гона приведены на рис. 1. Помимо напряженияконтактной сети, схемы соединения силовых це-пей ТЭД и скорости движения электровоза такжерегистрировалась степень ослабления возбужде-ния.На основании электрической схемы соедине-ний электровоза ВЛ-10 [3] и соответствующей схе-мы замещения (рис. 2) сформирована система диф-ференциальных уравнений, описывающая пере-ходные процессы в якорной цепи ТЭД:(*)где Ia, Iв – ток якоря и возбуждения, А; t – время, с;Ua(t) – напряжение, приходящееся на один ТЭД,равное отношению напряжения сети к коэффици-енту, учитывающему схему соединения двигателейäðââè.øäðââ â øâ è.øè.øøäð1( )[ ( ) ( ) ( ) ] ;( ( ) ( ) ( ))...( )1,... ( ( ))( )( )aaa e a aa eaa aadIdt L L tU t n t C I I RU t n t C ILL L tdII R R tdt L LLI R t RL L t= × Σ + × − ⋅ ⋅Φ − ⋅Σ− ⋅ ×Φ ×    × −  Σ +   = ⋅− + + +       + −Σ ⋅   Σ +   УДК 621.333АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВС УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИВ.В. Харламов, П.К. Шкодун, Д.И. Попов, А.В. ПроненкоОмский государственный университет путей сообщенияE-mail: emoe@omgups.ruПредложено проводить приемо-сдаточные испытания тяговых электродвигателей электровозов не только в стационарных,но и в переходных режимах. На основе математического моделирования переходных процессов в цепи обмотки якоря предло-жен подход, позволяющий определить требования к силовому оборудованию испытательной станции, необходимые для обес-печения испытания тяговых электродвигателей с учетом параметров перегона, а также провести оценку возможности реализа-ции необходимых режимов с использованием существующих испытательных станций.Ключевые слова:Тяговый электродвигатель, диагностирование, математическое моделирование, реальные условия эксплуатации.Key words:Traction electric motor, diagnostics, mathematical modeling, actual environment of operations.Энергетика73(сериесное, сериес-параллельное, параллельное),В; n(t) – частота вращения якоря, об/мин;Се·Ф(Iв)=Ea/n – отношение ЭДС обмотки якоря кчастоте вращения, В·мин/об; Rш(t) – суммарное со-противление в цепи, шунтирующей обмотку воз-буждения, задающее степень ослабления возбужде-ния, Ом; ΣRa – сумма сопротивлений обмоток яко-ря Rя, добавочных полюсов Rд.п, компенсационнойRк.о и возбуждения Rв, Ом; ΣLa – сумма индуктив-ностей обмоток якоря Lя, добавочных полюсов Lд.п,компенсационной Lк.о и возбуждения Lв, Гн; Lв,Lи.ш, Lдр(t) – индуктивности обмотки возбуждения,индуктивного шунта и дросселя, Гн.При этом следует учитывать, что индуктивностьLи.ш является функцией, зависящей от тока, проте-кающего по индуктивному шунту Iи.ш=Ia–Iв, т. е.Lи.ш=f (Iа–Iв).В случае переключения схемы соединения ТЭД(сериесное, сериес-параллельное, параллельное),которое происходит при полном возбуждении,необходимо решить только одно (первое) диффе-ренциальное уравнение из системы (*). При этомв сумму сопротивлений ΣRa необходимо включитьсопротивление добавочных резисторов Rд (t), вво-димых в цепь якоря в пусковых позициях главноговала контроллера машиниста.При решении представленной системы диффе-ренциальных уравнений с нелинейными коэффи-циентами (*) использована программа Mathcadи реализованный в ней численный метод решенияРис. 1. Фрагмент результатов измерений, выполненных на участке перегона Ишим–Московка Западно-Сибирской железнойдороги: а) напряжение, приходящееся на один ТЭД, с учетом схемы соединения (сериесное, сериес-параллельное, па-раллельное); б) частота вращения якоря ТЭД 104 t, ???.2080 2000 156130 182 1000 Ua, ? ?  104 2080 1500 156130 182 750 t, ???.n, ??/???. ? Рис. 2. Схема замещения силовой цепи электровоза ВЛ-10?R?.?L?L ?R?L ?R?.?L ?.?R a??.?L ?.?R??LaU aI ?I?IIa ? Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. № 474систем дифференциальных уравнений Рунге–Кут-та четвертого порядка, позволяющий с необходи-мой точностью найти численные решения и визуа-лизировать их в виде графиков зависимости токаякоря от времени Ia=f(t).В результате решения системы уравнений полу-чены графики изменения тока якоря ТЭД в пере-ходных режимах. Одна из характерных кривых из-менения тока якоря при переключении с полного наослабленное возбуждение представлена на рис. 3.По расчетным кривым определен ряд значений про-изводной тока якоря по времени dIа/dt, как тангенсугла tgα между осью абсцисс и касательной к кри-вой тока якоря в начале переходного процесса.Рис. 3. Расчетная кривая тока якоря в переходном процессепри переключении с режима полного на первый ре-жим ослабления возбужденияСтатистическая обработка результатов, полу-ченных на расчетном перегоне для переходныхпроцессов при переключениях в силовой цепи, по-зволила получить гистограммы распределения ско-рости изменения тока якоря. Одна из характерныхгистограмм, соответствующих переходу с полногона ослабленное возбуждение для рассматриваемо-го участка железной дороги, приведена на рис. 4.Количество интервалов группирования на гисто-грамме выбрано в соответствии с формулой Стер-джеса [4].Полученная гистограмма наглядно отображаетраспределение значений производной тока якорядля рассмотренного перегона и может быть ис-пользована в качестве исходной информации дляуточнения условий приемо-сдаточных испытаний,необходимых для решения задачи обеспечениявозможности испытательной станции моделиро-вать переходные процессы, соответствующие тем,что ТЭД испытывает в эксплуатации. В частности,из гистограммы видно, что производная тока якоряТЭД на рассмотренном перегоне наиболее частоимеет значение от 100 до 200 А/с, а максимальноезначение не превышает 800 А/с.Рис. 4. Гистограмма распределения скорости изменения то-ка dIа/dtВыводы1. В связи со значительным ухудшением условийкоммутации в нестационарных режимах пред-ложено при приемо-сдаточных испытанияхпроводить оценку коммутационной устойчиво-сти ТЭД не только в стационарных, но и в пе-реходных режимах.2. На основании численного решения системыдифференциальных уравнений, описывающихпереходные процессы в якорной цепи ТЭД,предложена методика получения информациинеобходимой для формирования требований ксиловому оборудованию испытательной стан-ции тяговых электродвигателей.3. Результаты математического моделированияпереходных процессов в якорной цепи ТЭД по-зволяют провести оценку возможности реали-зации необходимых переходных режимов на су-ществующих испытательных станциях.24 16 8 0 800 N, ?? 32 28 20 12 4 36 600500400300200 100 0 700 dIa/dt, ?/? I a, ? 340 330 320 310 300 290 280 0 t, ? 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 0,9 ? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. ГОСТ 2582-81. Машины электрические вращающиеся тяго-вые. Общие технические условия.2. Авилов В.Д. Методы анализа и настройки коммутации машинпостоянного тока. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 237 с.3. Кикнадзе О.А. и др. Электровозы ВЛ-10 и ВЛ-10У. Руковод-ство по эксплуатации. – М.: Транспорт, 1981. – 519 с.4. Абенгауз Г.Г. Справочник по вероятностным расчетам. – М.:Воениздат, 1970. – 536 с.Поступила 24.01.2012 г.

Анализ переходных процессов тяговых электрических двигателей электровозов с учетом условий эксплуатации

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University