Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Электрическая тяга»
Курсовой проект
По дисциплине: «Тяговые электрические машины и преобразователи»
На тему: «Проектирование тягового электродвигателя»
Выполнил:
студент гр. Т-415
С.В. Абрамов
Екатеринбург
2008
Содержание
Введение3
Исходные данные4
1. Расчет параметров зубчатой передачи и основных размеров5
2. Расчет активного слоя якоря
2.1 Расчет параметров обмотки
2.2 Параметры обмотки якоря
3. Расчет щеточно-коллекторного узла
3.1 Выбор числа и размера щеток
3.2 Определение рабочей длины коллектора
4. Расчет магнитной цепи
4.1 Сердечник якоря
4.2 Главные полюса
4.3 Остов
4.4 Участок сердечника якоря
4.5 Участок зубцового слоя якоря
4.6 Участок сердечника главного полюса
4.7 Участок стыка полюса с остовом
4.8 Участок выхода потока из полюса в остов
4.9 Ярмо остова
4.10 Расчет воздушного зазора
4.11 Расчет конструкционных размеров и параметров катушки
главного полюса
5. Расчет стационарной коммутации
6. Расчет добавочных полюсов
Список использованных источников
Введение
В настоящее время совершенствование электроподвижного состава является одним из главных направлений в развитии железнодорожного транспорта и остается таковым в ближайшей перспективе. Развитие средств электроники и микропроцессорной техники способствует появлению принципиально новых по своим техническим возможностям локомотивов с высоким уровнем автоматизации процессов управления. Однако каковы бы ни были масштабы внедрения новых средств автоматизированного контроля и управления техническими системами электрических локомотивов, их реализуемые эксплуатационные качества всегда будут определяться техническими возможностями их движителей – тяговых электродвигателей (ТЭД).
В этих условиях исключительно важная роль отводится процессу проектирования тяговых электродвигателей. В ходе разработки новой конструкции приходиться неоднократно уточнять и тщательно увязывать мужду собой множество размеров и параметров машины для одновременного учета и выполнения многочисленных конструкторских, технологических, экономических требований и ограничений.
В данном курсовом проекте основное внимание уделено вопросам разработки конструкции основных частей машины и их взаимосвязи в единой системе тягового двигателя. Необходимо отметить, что в своей основе методика проектирования тягового электрического двигателя, опирается на традиционную методику проектирования тяговых машин, разработанную и используемую в настоящее время коллективами проектировщиков отечественного электровозостроения.
Номинальная мощность двигателя P
= 145 кВт; Номинальное напряжение питания двигателя U
Корпусное напряжение U
= 3000 В; Номинальная скорость движения локомотива V
= 48 км/ч; Конструкционная скорость движения локомотива V
= 98 км/ч; Номинальный коэффициент регулирования возбуждения β
= 0,43; Диаметр бандажей ведущих колес D
= 1,05 м; Диаметр оси колесной пары d
= 180 мм; Вид торможения рекуперативное;
Вид системы вентиляции машины самовентиляция;
Род тока постоянный;
Вид локомотива МВПС;
Тип подвешивания двигателя опорно - рамное;
Класс изоляции “B”.
Предварительно из ряда параметров, обеспечивающих минимум отходов при раскройке места, выбираем размер диаметра якоря
Dа = 423 мм. (1.1)
Выполняя требование Dк = (0,75…0,9) · Dа , рассчитывается диаметр коллектора
Dк @ 0,9 · Dа , (1.2)
Dк @ 0,9 · 423 = 380,7 мм.
Минимальное число коллекторных пластин рассчитывается по формуле
(1.3) где 2р– число коллекторных полюсов. Принимаю 2р = 2;
Duк – среднее максимальное напряжение. Принимаю Duк = 18 В.
Максимальное число коллекторных пластин рассчитывается по формуле
(1.4) где tкmin – минимальный шаг по коллектору. Принимаю tкmin = 3,9 мм.
Принимаю К = 306 пластин.
Уточняем диаметр коллектора
Уточняем межламельное напряжение
, (1.6) 
Для двигателей МВС, допустимая максимальная частота вращения якоря обычно не выходит за пределы 3000 об/мин.
Тогда максимальные обороты якоря
(1.7) где
– максимальная окружная скорость якоря. 
Принимаю
Зная максимально возможные обороты якоря,можно найти максимально возможное передаточное число редуктора µ
(1.8) 
Номинальная частота вращения двигателя рассчитывается как
, (1.9) 
Диаметр делительной окружности зубчатого колеса находится по формуле
Dz = Dб – 2 · (b+D), (1.10)
где b – расстояние от головки рельса до кожуха редуктора. b = 120 мм;
D – расстояние от делительной окружности большого зубчатого колеса
до внешней нижней точки кожуха редуктора. D = 20 мм.
Dz = 1050 – 2 · (120+20) = 770 мм.
Далее находится диаметр делительной окружности малого зубчатого колеса
, (1.11) 
Число зубьев большого зубчатого колеса
, (1.12) где y – угол наклона зубьев при прямозубой передаче. Принимаю y = 0о ;
m – модуль зубчатого зацепления, принимаемый в зависимости от
вращающего момента М и конструкции тяговой передачи.
По эмпирическим формулам для прямозубых передач
(1.14) где К – односторонняя передача. Принимаю К = 1, согласно [1].
Принимаем m = 10.
Число зубьев шестерни рассчитывается по формуле
, (1.15) 
Тогда точное значение передаточного числа редуктора
, (1.16) 
Диаметр конца вала рассчитывается по формуле
(1.17) где
= 10 МПа. 
Проверка по ширине шестерни. bш
(20…25) мм 
, (1.18) 
Уточняем значения максимальной и номинальной частот вращения
, (1.19) 
mirznanii.com
1. Аветисян Дж.А.и др. Оптимальное проектирование электрических машин на ЭВМ. М. "Энергия", 1976, 208 с.
2. Аветисян Дж.А., Бертинов А.И. Динамическое программирование расчета оптимальных электрических машин на ЦВМ. "Электричество", № II, 1966, 46-50 с.
3. Аветисян Дж., Бертинов А.И. Возможные методы определения оптимальных размеров электрических машин с помощью АЦВМ. -В сб.: "Автоматизированный электропривод производственных механизмов", т. 3, "Энергия", 1966, 355-360 с.
4. Аветисян Дж.А., Бертинов А.И. Оптимальное проектирование индуктора явнополюсной синхронной машины. "Электричество", 1965, № 6, 45-50 с.
5. Аветисян Дж.А. и др. Расчет на ЦВМ синхронных генераторов повышенной частоты с минимальным активным весом. "Электромеханика", 1968, № 9, 969-976.
6. Адаменко А.И. и др. Задачи и методы оптимизации серий асинхронных двигателей малой мощности. В кн.: Проблемы технической электродинамики. Вып. 52, Киев, "Наукова думка", 1975,с. 3-9.
7. Адлер Ю.Н. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., "Наука", 1971, 283 с.
8. Адкинс Б. Общая теория электрических машин. M.-JI., Госэнерго-издат, I960, 272 с.
9. Андрианов В.Н. и др. Регулируемые асинхронные электродвигатели в сельскохозяйственном производстве. М., "Энергия",1975, 400 с.
10. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. А.Э. Кравчик и др. М., Энергоиздат, 1982, 504 с.
11. Алексеев А.Е. Конструкция электрических машин. M.-JI., Гос-энергоиздат, 1958, 427 с.
12. Бабаев М.М., Скрипин И.З., Финкелыптейн В.Б. Выбор оптимальной конфигурации спинки статора асинхронного двигателя со скосом пазов по минимуму потерь в стали. В сб.: "Расчеты параметров электрических машин", Кишинев, Штиинца, 1980, 28-38 с.
13. Бахвалов Н.С. Численные методы. М., "Наука", 1975, 631 с.
14. Беллман Р. Введение в теорию матриц., "Наука", 1976, 367 с.
15. Беллман Р. Динамическое программирование. Изд-во иностранной литературы, 1970, 400 с.
16. Билинкис П.Г., Непомнящий М.А. Автоматизированное проектирование асинхронных электродвигателей. В сб.: "Оптимизацияи исследование электрических машин" Кишинев, 1982, с. 14-18.
17. Борисенко А.И. и др< Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М., "Энергия", 1974, 559 с.
18. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М., "Наука", 1966, 296 с.
19. Булгаков А.А. Основы динамики управляемых вентильных систем. М., Изд-во АН СССР, 1963, 220 с.
20. Балагуров В.А. Проектирование авиационных генераторов переменного тока. М., изд-во МЭИ, 1970, 164 с.
21. Барский С.З. Некоторые вопросы теории частотного регулирования асинхронных машин. "Электричество", 1973, № I, с.26-30.
22. Бертинов А.И. Некоторые вопросы теории работы авиационных электрических машин. М., Оборонгиз, 1959, 127 с.
23. Билинкис П.Г., Непомнящий М.А. Определение коэффициента заполнения паза статора при автоматизации проектирования асинхронных двигателей на ЭВМ. В кн. :Расчеты параметров электрических машин", Кишинев, 1980, с. 19-21.
24. Важнов А.И. Электрические машины. М., "Энергия", 1969, 768 с.
25. Вопросы расчета электрических машин. Труды научно-исследовательского института электротехнической промышленности. М., Центральное бюро технической информации НИИ Электропромышленности, т. 3, вып. I, 1959, III с.
26. Видмар М. Экономические законы проектирования электрических машин. М.-Л., Гостехиздат, 1924, 109 с.
27. Виноградов В.И. Вентиляторы электрических машин. Л., Энерго-издат. Ленинское отделение, 1980, 200 с.
28. Виленкин Н.Я. Метод последовательных приближений. М., "Наука", 1968, 108 с.
29. Вольдек А.И. Электрические машины. Л., "Энергия", 1974, 839 с.
30. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М., "Наука", 1967, 575 с.
31. Гаинцев Ю.В. Влияние теплового состояния асинхронной машины на ее характеристики. "Электротехника" № 3, 1975, с. 20-21.
32. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах, Пер. с англ., под ред. З.Г. Каганова. М., "Энергия", 1981, 353 с.
33. Геллер Б., Гамата В. Дополнительные поля, моменты и потери мощности. М., "Энергия", 1964, 263 с.
34. Гобианидзе З.Г. Применение метода геометрического программирования для оптимального проектирования асинхронных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кавдидата техн.наук, МЭИ, 1976,с.23.
35. Гусейнов К.К. Проектирование асинхронных машин на ЦВМ с помощью метода геометрического программирования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук, МЭИ, 1977,с.20.
36. Горягин В.Ф. и др. Оптимальное проектирование взрывонепро-ницаемых асинхронных двигателей. "Электротехника", 1976, № I, с. 57-58.
37. Галустян К.М. Выбор ограничений при проектировании асинхронных короткозамкнутых двигателей с заданными динамическими показателями. "Электротехника", 1979, № 5, с. 40-42.
38. Гусев Б.Я. Диапазоны частотного регулирования и параметры асинхронных двигателей, "Труды БНИИЭМ", 1976, вып. 45, с. I35-I4I.
39. Гусев Б.Я., Баскин Л.Б. Пульсация частоты вращения асинхронных двигателей при питании от напряжения прямоугольно-сту-пенсатой формы, "Электротехника", 1978, № 9, с. 53-54.
40. Гусев Б.Я., Белов Б.В., Астраханцев С.В. Асинхронные двигатели для тиристорного привода. "ЭП. Электрические машины", 1975, вып. I, с. 3-6.
41. Даниленко С.Е. Некоторые математические методы оптимального проектирования. В сб.: "Математические методы решения электротехнических задач". М., 1968, с. 3-6.
42. Даффин Р. и др. Геометрическое программирование. М., "Мир", 1972, 312 с.
43. Данилевич Я.Ю., Домбровский В.В., Казовский Е.Я. Параметры электрических машин переменного тока. М—Л. "Наука", 1965, 339 с.
44. Домбровский В.В. Манер Н.З. Некоторые вопросы проектирования АД для частотнорегулируемого привода. В кн.: "Электромагнитные процессы в приводах о частотным управлением", Л., 1972, с. 53-60.
45. Даниленко С.Е., Каган Б.М., Шахунянц Т.Г. Проекционный градиентный метод решения задач оптимального проектирования. -"Автоматика и вычислительная техника", 1976, № 3.
46. Джафаров З.Т. Оптимальное проектирование асинхронных двигателей с учетом переходных процессов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук, МЭИ, 1974^0.35.
47. Джермейн К., Программирование на I ВМ/360. М., "Мир", 1973, 870 с.
48. Домбровский В.В., Хуторецкий Г.М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. Л., "Энергия", 1974, 504с.
49. Егоров С.В. Элементы идентификации и оптимизации управляющих систем. М., МЭИ, 1974, 224 с.
50. Ермурадский П.В. Модификация симплексного метода оптимизации. Труды МЭИ, вып. 68, 1966, с. I2I-I28.
51. Ермурадский П.В. Комплекс-метод. Труды МЭИ, вып. 76, 1970.
52. Зайчик В.М. Применение метода математического программирования при проектировании электрических машин. "Электричество", № 9, 1968, 42-45 с.
53. Зангвилл У.И. Нелинейное программирование. М., "Советское радио", 1973, 311 с.
54. Зенер К. Геометрическое программирование и техническое проектирование. М., "Мир", 1973, III с.
55. Зуховицкий С.И., Авдеева Л.И. Линейное и выпуклое программирование. М., "Наука", 1967, 460 с.
56. Захаров Е.Е., Томашевский А.А. и др. "О постановке, особенностях и методах решения задачи оптимального расчетного проектирования электрических машин". В кн.: :Расчеты параметров электрических машин", Кишинев, Штиинца, 1980, с. 3-19.
57. Зайчик В.М. Применение линейного программирования при оптимизации расчета асинхронных машин. "Электричество", 1979, № 12, с. 53-56.
58. Захаров Е.Е. 0 постановке и методах решения задачи оптимального проектирования электрических машин. В сб.: "Исследование электрических машин", Владимир, 1981, 70-85 с.
59. Измерение магнитного потока тягового асинхронного электродвигателя /Ю.И.Гусевский, В.И. Носков, М.В. Мажинский и др. -Электрическая промышленность. Серия "Тяговое и подъемно-транс портное электрооборудование". М.: Информэлектро. 1979, вып.2, с. 14-17.
60. Иосифьян А.Г. Развитие новых перспективных единых серий электрических машин. "Электротехника", № 7, 1972, с. 1-3.
61. Иосифьян А.Г. 0 принципах комплексной разработки серии 4А. "Электротехника", № 10, 1976, с. 4-5.
62. Каган Б.М., Даниленко С.Е. Применение методов случайного поиска с обучением при оптимальном проектировании асинхронных электродвигателей. В кн.: "Автоматика и вычислительная техника", Рига, Изд-во АН Латв. СССР, вып. 13, 1966, с.169-172.
63. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. М., "Энергия", 1973, 400 с.
64. К вопросу выбора частоты, полюсности, электромагнитных нагрузок электродвигателей серии ВАО при частотном управлении. "Труды Кузбасского политехнического института", 1971,45, с. 42-46. Авт.: Иванов В.Л., Гаврилов Н.Д., Власов В.И., Тимофеева Л.И.
65. Копылов И.П. Математическое моделирование асинхронных машин. М., "Энергия", 1969, 97 с.
66. Копылов И.П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах (Электрические машины) Учебник. -М., Высшая школа, 1980, 256 с.
67. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М., "Наука", 1976, 576 с.
68. Крон Г. Тензорный анализ сетей. М., "Советское радио", 1978, 719 с.
69. Корн Г., Корн Т., Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., "Наука", 1968, 712 с.
70. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырский П.И., Вычислительные методы. М., "Наука", 1976, 302 с.
71. Копылов И.П. и др. Применение метода геометрического программирования для расчета размеров электрических машин.-Труды МЭИ, 1975, вып. 220, с.
72. Кривицкий С.О., Эпштейн И.И. Динамика частотнорегулируемых электроприводов с автономными инверторами. М., "Энергия", 1970, 149 с.
73. Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов. "Электричество", 1925, № 2, с. 87-95.
74. Костенко М.П. Электрические машины, Специальная часть. М.-Л., Госэнергоиздат, 1949, 712 с.
75. Каган Б.М., Тер-Микаэлян Т.М. Решение инженерных задач на ЦВМ. М.-Л., "Энергия", 1964, 592 с.
76. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Расчет асинхронного микродвигателя однофазного и трехфазного тока. М., Госэнергоиздат, 1961, 312 с.
77. Мальцев В.В., Пантюхов Л.Л. Вентиляционный расчет закрытых асинхронных двигателей мощностью 0.6-100 кВт. "Вестник электропромышленности", 1962, № 3, с. 24-28.
78. Мальцев А.И. Основы линейной алгебры. М., "Наука", 1975, 400 с.
79. Мэрфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока. М., "Энергия", 1979, 256 с.
80. Полак Э. Численные методы оптимизации (единый подход). М., "Мир", 1974, 376 с.
81. Проектирование электрических машин. Учебное пособие для вузов. Под ред. Копылова И.П. М., "Энергия", 1980, 496 с.
82. Проектирование тяговых электрических машин. Под ред. М.Д. Находкина, I^v 2-е, перераб. и доп. М., "Транспорт", 1976, 624 с.
83. Петров А.В. и др. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. М., "Высшая школа", 1975, 302 с.
84. Петров Г.Н. Электрические машины, часть 2, Асинхронные и синхронные машины. М., Госэнергоиздат, 1963, 416 с.
85. Рихтер Р. Электрические машины. Том. 4, Индукционные машины, М.-Л., Г0НТИ, 1939, 471 с.
86. Рябуха В.И. Процессы в асинхронном двигателе при частотном регулировании скорости по заданному плану. "Энергетика и транспорт", 1966, № 2, с. 82-96.
87. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М., "Энергия", 1974, 327 с.
88. Сорокер Т.Г. Применение АЦВМ при проектировании новых серийасинхронных двигателей. Доклад на научно-техническом совещании "Новые единые серии электродвигателей мощностью 0,6 - 100 кВт". М., изд. ВНИИЭМ, 1966, 18 с.
89. Сорокер Т.Г., Воскресенский А.П. и др. К вопросу об оптимальных размерах асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт. "Электротехника", 1967, № 7, с. 7-II.
90. Сорокер Т.Г. и др. Оптимальное проектирование серий асинхронных двигателей на ЦВМ. Труды ВНИИЭМ, 1976, т. 47.
91. Стренг Г.Линейная алгебра и ее применение. М., "Мир", 1980, 454 с.
92. Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин. М., "Энергия", 1969, 632 с.
93. Сорокер Т.Г. и др. Об оптимальном проектировании серии асинхронных двигателей 4А. "Электротехника", № 10, 1976, с. 10-13.
94. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло, М., "Наука", 1973, 311 с.
95. Соколов М.М., Шинянский А.В., Шевырев Ю.В. Методика исследования тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности. "Электричество", 1979, № 9, с. 37-40.
96. Сакман Г. Решение задач в системе человек-ЭВМ. М., "Мир", 1973, 352 с.
97. Счастливый Г.Г. Нагревание закрытых асинхронных электродвигателей. Киев, "Наукаова думка", 1966, 196 с.
98. Терзян А.А. Мамиконян А.О. О методах поиска оптимальных размеров электрических машин с помощью ЭВМ. "Электротехника", 1969, № 8, с. 5-8.
99. Терзян А.А., Мамиконян А.О. Поиск оптимальных размеров электрических машин вдоль поверхностных ограничений. "Электротехника", 1973, № 12, с. 10-14.
100. Терзян А.А., Мамиконян А.О. Случайный поиск в задачах оптимального проектирования электрических машин. В кн.: "Проблемы случайного поиска". Рига, "Зинатне", 1972.
101. Томашевский А.А., Захаров Е.Е. Оптимизация магнитопровода асинхронных короткозамкнутых двигателей. В сб.: "Параметры электрических машин", Кишинев, "Штиинца", 1978.
102. Табачник A.M., Непомнящий М.А. Проектирование АД для привода с частотным управлением. "Электроэнергетика и автоматика", 1972, вып. 2, 12-15.
103. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханические преобразователи энергии. М.-Л. "Энергия", 1964, 528 с.
104. Фаддеев Д.К., Фаддеева В.Н. Вычислительные методы линейной алгебры. М.-Л, Физматгиз, 1963, 734 с.
105. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. М., "Мир", 1972, 240 с.
106. Хенкок Н. Матричный анализ электрических машин. М., "Энергия", 1967, 225 с.
107. Химмельбау Д. Прикладное нелинейное программирование. М., "Мир", 1975, 534 с.
108. Хан В.Х. Аппроксимация табулированных и графических зависимостей при расчете электрических машин на ЦВМ. "Электропромышленность", 1967, вып. 291.
109. Хамудханов М.З., Валиев Ш.С. О номинальной частоте асинхронного двигателя системы вентильный преобразователь частоты асинхронный двигатель. "Электротехника", 1968, № 8,с. 7-10.
110. НО. Численные методы условной оптимизации. М., "Мир", 1977, 290 с.
111. Шун Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. Пер. с англ. М., "Мир", 1982, 238 с.
112. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М., Энергоиздат, 1982, 191 с.
113. ИЗ. Электрические машины в тяговом автономном электроприводе. Под ред. А.П. Пролыгина. М., "Энергия", 1979, 240 с.
114. Электрические трансмиссии пневмоколесных транспортных средств. М., "Энергия", 1976, с. 256. Авт., И.С. Ефремов, А.П. Пролыгин, Ю.М. Андреев, А.Б. Миндлин.
115. Электрические передачи переменного тока тепловозов и газотурбовозов. А.Д. Степанов, В.И. Андерс, В.А. Пречисский, Ю.И. Гусевский. М., Транспорт, 1982, 254 с.
116. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М., "Высшая школа", 1976, 416 с.
117. Рожанковский Ю.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн. наук МЭИ, 1975^ с.25.
118. Соломахин Д.В., Вальясе Р.К., Бессмертных Н.А. Расчет магнитной цепи асинхронного двигателя на ЦВМ и выбор оптимальных размеров паза статора. -"Электромеханика,Известия вузов",1980,№10,с.1033-1035.
119. Соломахин Д.В.,Вальясе Р.К., Бессмертных Н.А. Особенности теплового расчета регулируемых асинхронных двигателей (АД) закрытого исполнения.-Тр/Моск.энерг.ин-т, 1979, вып.410, с.18-20.
120. Соломахин Д.В., Вальясе Р.К., Бессмертных Н.А. Обратная матрица индуктивности асинхронной машины в фазной системе координат. Тр./Моск.энерг. ин-т, 1980, вып.449, с.61-64.
www.dissercat.com
Планами развития народного хозяйства страны до 1990 года намечено значительное увеличение объема автомобильных перевозок в горнодобывающей промышленности, на строительстве гидротехнических сооружений, прокладке нефтепроводов и др. Решение указанных задач достигается путем создания большегрузных автосамосвалов, автопоездов, автомобилей повышенной проходимости. В связи с ростом мощности транспортных средств и их грузоподъемности наиболее перспективной системой передачи является электрический привод. Это обуславливает актуальность задачи совершенствования тягового привода и создание новых его систем.
В настоящее время практически во всех транспортных средствах преобладает тяговый электропривод постоянного тока. Это объясняется тем, что имеется многолетний опыт создания приводов постоянного тока и систем управления частотой вращения тягового электрического двигателя (ТЭД).
Наряду с несомненными достоинствами, электропривод постоянного тока обладает существенными недостатками, основные из которых следующие:
— наличие щеточно-коллекторного узла, что снижает надежность ТЭД и повышает расходы по обслуживанию и ремонту, а так же ограничивает линейную скорость якоря, что не позволяет значительно повысить частоту вращения-
— значительная масса и габариты, что не позволяет создать ТЭД в мотор-колесах большой мощности. Надежность ТЭД приобретает особо важное значение для автомобилей, эксплуатируемых в условиях бездорожья, открытых карьерах и т. п.
Применение асинхронных двигателей (АД) в автономных транспортных средствах значительно повышает надежность при эксплуатации, дает возможность требуемого увеличения частоты вращения. Стоимость А Д ниже стоимости двигателей постоянного тока (ДПТ) с такими же номинальными значениями частоты вращения и мощности. Отношение мощности АД с короткозамкнутым (к.з.) ротором к его массе примерно в 2 раза больше, чем у ДПТ, т.к. отсутствует ограничение на ток статора по условиям коммутации.
Тиристорные преобразователи частоты в настоящее время являются сравнительно дорогими устройствами, что подчас сводит на нет экономию средств, полученных за счет замены ДПТ более дешевым АД с к.з. ротором.
Однако на базе статических преобразователей частоты (СПЧ) и АД могут быть разработаны регулируемые электроприводы с такими показателями надежности работы и качества процесса, что первоначальные капитальные затраты быстро окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов и улучшения качества работы. К тому же цены на преобразователи постоянно снижаются, поэтому системы регулируемого электропривода с СПЧ становятся конкурентноспособны-ми с другими системами регулирования.
В настоящее время серийного выпуска и даже опытных образцов карьерных автосамосвалов с тяговым электроприводом переменного тока не существует. Однако, и в нашей стране и за рубежом, асинхронный тяговый электропривод начинает все более успешно конкурировать с традиционным приводом постоянного тока, прежде всего применительно к городскому и магистральному железнодорожному транспорту.
Поскольку отечественные данные по эксплуатационным затратам для асинхронного тягового привода отсутствуют, сравнение затрат на текущее содержание, ремонт и общих эксплуатационных затрат для трех типов промышленных локомотивов, используемых в Рурском угольном бассейне (ФРГ) свидетельствует о значительных преимуществах электровозов с асинхронным тяговым электроприводом с точки зрения эксплуатационных расходов. В таблице B-I приводятся сравнительные данные для электровоза Е 1200 с асинхронными двигателями, локомотива смешанного типа ЕА 1000 мощностью 750 кВт и тепловоза типа ДНО 1000 мощностью 1000 л.с. (730 кВт)
Таблица B-I
Тип локомотива
Затраты на текущее содержание и ремонт на локомо- на т. км тив в год брутто %
Общие эксплуатационные расходы на ткм брутто
Относительные затраты на текущее содержание и ремонт
ДО 1000 ЕА 1000 Е 1200
100 56 30
100 32 10
100 75 41
27 16 7
К настоящему времени изготовлен и прошел испытания макетный образец первого отечественного магистрального тепловоза типа ТЭ-120 мощностью 4000 л.с. с асинхронными тяговыми двигателями.
В таблице В 2 приводится сравнение основных технико-экономических показателей БелАЗ с тяговыми двигателями постоянного тока ДК 7I7A и автосамосвала грузоподъемностью 75 т с асинхронными двигателями на базе 4 АН 355 М6УЗ. ¦
Данные по проведенному ВНИПТИ технико-экономическому обоснованию темы: & quot-Разработка тягового электрооборудования переменного тока для карьерных автосамосвалов& quot-.
Таблица В-2
Показатель
БелАЗ-549 СДПТ Автосамосвал г/п ДК-717А 75 т с ТАД на базе
4АШ55М6УЗ на I дви- на ав- на I дви- на авто-гатель тосамо- гатель самосвал свал I 4
Полная себестоимость (руб.)
Действующая оптовая цена (руб.)
Расходы по содержанию и эксплуатации обору дования (руб.)
Суммарные годовые эксплуатационные затраты на тяговые двигатели (руб.)
Суммарная стоимость комплекта электрооборудования (руб.)
Уменьшение годовых эксплуатационных затрат на тяговые двигатели в сравнении с существующими (руб.)
Увеличение себестоимости автосамосвала по отношению к существующей
2951
3574
299
5902 1755
7148 1700
598
3642,5 7285
20 650
212
1000
2642,5
3510 3400
424
2000
30 000 при существующих ценах на полупроводниковые приборы
5285 I
Увеличение стоимости комплекта электрооборудования в сравнении с суще ствующими (руб.)
Увеличение годовых эксплуатационных затрат на вновь устанавливаемое оборудование преоб^етенных устройств
Наработка на отказ Т0, км, не менее. Ресурс до первой плановой разборки, If, пи, км
Средний срок службы, Т (лет)
9350
150 000 100 000
7,5
1000
180 000 плановая разборка исключена
15
Сравнение технико-экономических показателей ТЭП постоянного и ТЭП переменного тока показывает, что применение в составе электрооборудования АД дает возможность:
— обеспечить нормальную работу автосамосвалов большей грузоподъемности-
— увеличить долговечность электродвигателя-
— снизить ущерб у потребителя за счет уменьшения числа отказов и исключения плановых разборок двигателя-
— снизить эксплуатационные расходы ТЭД.
Срок окупаемости при применении в автосамосвале привода переменного тока по предварительным данным составляет 2,2 года. Известно много способов управления АД с к.з. ротором. Однако самым экономичным и в некоторых случаях единственно приемлемым является частотное j& lj. Ведущая роль в разработке теоретических проблем частотного управления принадлежит советским ученым, М.П.
Костенко разработал теорию АД при питании его с переменной частотой и установил оптимальное соотношение между напряжением и частотой питания с учетом момента нагрузки /73/. Дальнейшее развитие теория частотного управления получила в работах А. А. Булгакова j№/, посвященных исследованию статических характеристик АД, работающего при переменных частоте и напряжении в разомкнутой системе управления, установлению законов управления.
Большой вклад в развитие теории частотного управления внесли работы, выполненные под руководством А. С. Сандлера, Р.С. Сар-батова /Ь7/, И. И. Эпштейна ///J?/, в которых исследован^ вопросы статики и динамики системы преобразователь-АД.- Однако*при исследовании процессов при частотном управлении, как правило, используются серийные АД, хотя показано, что для указанных систем необходимо создавать специальные машины. /72,82, Ж,//3- //5/
Вопросы проектирования машин, работающих при переменных частотах, недостаточно освещены в литературе. Имеющиеся работы в основном посвящены авиационным //-5″, 2D,?2/ и крупным электрическим машинам /кЪ, kh! и учитывают именно их специфику. В работах Д. А. Аветисяна, В. А. Балагурова, А. И. Бертинова в области авиационных машин, Я. Б. Данилевича, В. В. Домбровского, А. В: Иванова-Смоленского в области крупных машин разработаны методы моделирования, оптимизации и расчета, получены рекомендации по выбору основных соотношений.
Особенности режимов работы регулируемых АД обусловили появление целого ряда специальных требований, предъявляемых как к функциональным свойствам машины (диапазон регулирования, перегрузочная способность), так и к энергетическим показателям.
Все вышеизложенное заставляет по-новому подо24Ти к проектированию частотнорегулируемых АД.
Из теории АД известно, что при частотном. управлении их характеристики определяются следующиш переменными /1%: частотой напряжения питания / или относительным параметром оС = J^ J, напряжением питания Ui или относительным параметром f = Ui J UfH — параметром абсолютного скольжения fi=fzjlw = с* «5
Статическая зависимость f{ct) является основной характеристикой регулирования ТАД.
Другой важной характеристикой регулирования ТАД является зависимость f (oC), гдеJY1 = М/Мн. Ее вид определяется тяговой характеристикой транспортного средства.
Для реализации предельной тяговой характеристики ТАД должен обладать необходимым запасом устойчивости во всем диапазоне регулирования при максимально возможных значениях к.п.д. и COS В///4,//5/ показано, что проектируемый ТАД должен достигать значений статической перегружаемости = 3 ^ 4 в отличие от АД общепромышленного применения, где у? 2.
Предъявляются к ТАД также требования к массогабаритным показателям, что обусловлено компоновочным решением двигателя в мотор-колесе
Основное содержание работы состоит в следующем: для карьерного автосамосвала разработать тяговые электрические машины переменного тока специального исполнения, обеспечивающие повышение технологичности производства, эксплуатационной надежности и снижения затрат на ремонт тягового электропривода автосамосвала.
Поставленная цель проектирования ТАД для мотор-колесных машин предполагает решение следующих задач:
— разработать автоматизированную систему оптимального расчетного проектирования тяговых асинхронных двигателей (ТАД) для автономных транспортных средств с учетом их особенностей-
— разработать математическую модель для исследования системы преобразователь — АД.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
— 104 -Выводы по главе 1У
1. Предложенный метод получения обратной матрицы индуктивности размерностью (бхб) обладает достаточной общностью и удобен для применения в матричном анализе электрических машин. Полученная обратная матрица индуктивности входит в состав матричных уравнений, описывающих работу машины в любой системе координат.
2. Математическая модель ПЧ-АД в фазной системе координат позволяет исследовать динамические и квазиустановившиеся процессы системы при питании АД от тиристорного преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения.
3. Расчеты на ЦВМ, проведенные по предложенному математическому описанию системы ПЧН-АД показали хорощую адекватность модели натуре.
4. Для двигателей большой мощности необходимо использовать математическую модель с учетом дискретности преобразователя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются при создании комплекта электрооборудования автосамосвалов с тяговым асинхронным приводом ВНИПТИ ПО & quot-Динамо"-.
1. Разработанные алгоритмы дают возможность рассчитать параметры и энергетические показатели ТАД при условиях, определяемых спецификой их работы.
2. Разработана методика нахождения оптимальной геометрии зубца статора с точки зрения получения максимальной мощности.
3. При заданной геометрии листов статора и ротора асинхронной машины можно достигнуть требуемой кратности максимального момента, необходимой для работы в автономных транспортных средствах.
4. Получены формулы для расчета расхода воздуха, скорости воздуха на выходе из-под кожуха, вентиляционных потерь и вентиляционного момента в функции скорости вращения ТАД.
5. Получены постоянные вентиляционной системы для отрезка серии АД, что значительно уменьшает при тепловом расчете количество вводимых данных и позволяет оперативно вычислять расход воздуха на выходе из-под кожуха вентилятора.
6. На основе метода ГП разработана система оптимального проектирования, позволяющая рассчитать оптимальный с точки зрения электрических и магнитных потерь ТАД. При этом представляется возможность определить относительный вклад различных переменных проекта в значение целевой функции.
7. Предложенный метод получения обратной матрицы индуктивности (бхб) обладает достаточной общностью и удобен для применения в матричном анализе электрических машин. Полученная обратная матрица индуктивности входит в состав матричных уравнений, описывающих работу машины в любой системе координат.
8. Математическая модель ПЧ-АД в фазной системе координат позволяет исследовать динамические и квазиустановившиеея процессы системы при питании АД от тиристорного преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения.
9. Расчеты на ЦВМ, проведенные по предложенному математическому описанию системы ПЧН-АД показали хорошую адекватность модели натуре.
10. Для двигателей большой мощности необходимо использовать математическую модель с учетом дискретности преобразователя.
Показать СвернутьВВЕДШИЕ.
ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫХ ТЯГОВЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ТАД) ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.
1.1. Требования, предъявляемые к ТАД автономных транспортных средств.
1.2. Выбор оптимальных размеров зубца статора ТАД.
1.3. Нахождение высоты зубца статора при заданной площади сечения паза и ширине зубца.
1.4. Нахождение максимума функции двух переменных методом. & quot-золотого сечения& quot-.
1.5. Расчет параметров и энергетических показателей ТАД.
1. 5Л. Преобразование схемы замещения АД.
1.5.2. Расчет параметров и энергетических показателей при заданном критическом скольжении.
1.5.3. Расчет параметров и энергетических показателей при заданном номинальном скольжении.
1.5.4. Расчет параметров и энергетических показателей при заданной кратности максимального момента. вывода ПО ГЛАВЕ 1.
ГЛАВА П. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЯГОВЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.
2.1. Расчет на ЦВМ расхода воздуха и вентиляционных потерь частотно-регулируемого ТАД закрытого исполнения. вывода ПО ГЛАВЕ П.
ГЛАВА Ш. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО РАСЧЕТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ТАД.
3.1. Применение метода & quot-геометрического программирования& quot- (ГП) для оптимизации частотно-регулируемых ТАД.
3.2. Задача Г П с отличной от нуля степенью трудности.
3.3. Потери и к.п.д. двигателей при частотном управлении. Выбор функции цели при оптимизации ТАД. бб
3.4. Создание подсистемы & quot-геометрическое программирование& quot- вывода ПО ГЛАВЕ Ш.
ГЛАВА 1У. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ЧАСТОЙ — АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ПЧ-АД).
4.1. Математическое описание системы ПЧ-АД по методу огибающей.
4.2. Получение обратной матрицы индуктивности асинхронной машины в фазной системе координат.
4.3. Математическое описание асинхронного двигателя в фазной системе координат без периодических коэффициентов
4.4. Математическое описание системы ПЧ-АД с учетом дискретности преобразователя.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1У.
1. Аветисян Дж.А.и др. Оптимальное проектирование электрических машин на ЭВМ. М. & quot-Энергия"-, 1976, 208 с.
2. Аветисян Дж.А., Бертинов А. И. Динамическое программирование расчета оптимальных электрических машин на ЦВМ. & quot-Электричество"-, № II, 1966, 46−50 с.
3. Аветисян Дж., Бертинов А. И. Возможные методы определения оптимальных размеров электрических машин с помощью АЦВМ. -В сб.: & quot-Автоматизированный электропривод производственных механизмов& quot-, т. 3, & quot-Энергия"-, 1966, 355−360 с.
4. Аветисян Дж.А., Бертинов А. И. Оптимальное проектирование индуктора явнополюсной синхронной машины. & quot-Электричество"-, 1965, № 6, 45−50 с.
5. Аветисян Дж.А. и др. Расчет на ЦВМ синхронных генераторов повышенной частоты с минимальным активным весом. & quot-Электромеханика"-, 1968, № 9, 969−976.
6. Адаменко А. И. и др. Задачи и методы оптимизации серий асинхронных двигателей малой мощности. В кн.: Проблемы технической электродинамики. Вып. 52, Киев, & quot-Наукова думка& quot-, 1975, с. 3−9.
7. Адлер Ю. Н. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., & quot-Наука"-, 1971, 283 с.
8. Адкинс Б. Общая теория электрических машин. M. -JI., Госэнерго-издат, I960, 272 с.
9. Андрианов В. Н. и др. Регулируемые асинхронные электродвигатели в сельскохозяйственном производстве. М., & quot-Энергия"-, 1975, 400 с.
10. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. А. Э. Кравчик и др. М., Энергоиздат, 1982, 504 с.
11. Алексеев А. Е. Конструкция электрических машин. M. -JI., Гос-энергоиздат, 1958, 427 с.
12. Бабаев М. М., Скрипин И. З., Финкелыптейн В. Б. Выбор оптимальной конфигурации спинки статора асинхронного двигателя со скосом пазов по минимуму потерь в стали. В сб.: & quot-Расчеты параметров электрических машин& quot-, Кишинев, Штиинца, 1980, 28−38 с.
13. Бахвалов Н. С. Численные методы. М., & quot-Наука"-, 1975, 631 с.
14. Беллман Р. Введение в теорию матриц., & quot-Наука"-, 1976, 367 с.
15. Беллман Р. Динамическое программирование. Изд-во иностранной литературы, 1970, 400 с.
16. Билинкис П. Г., Непомнящий М. А. Автоматизированное проектирование асинхронных электродвигателей. В сб.: & quot-Оптимизацияи исследование электрических машин& quot- Кишинев, 1982, с. 14−18.
17. Борисенко А. И. и др& lt- Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М., & quot-Энергия"-, 1974, 559 с.
18. Булгаков А. А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М., & quot-Наука"-, 1966, 296 с.
19. Булгаков А. А. Основы динамики управляемых вентильных систем. М., Изд-во АН СССР, 1963, 220 с.
20. Балагуров В. А. Проектирование авиационных генераторов переменного тока. М., изд-во МЭИ, 1970, 164 с.
21. Барский С. З. Некоторые вопросы теории частотного регулирования асинхронных машин. & quot-Электричество"-, 1973, № I, с. 26−30.
22. Бертинов А. И. Некоторые вопросы теории работы авиационных электрических машин. М., Оборонгиз, 1959, 127 с.
23. Билинкис П. Г., Непомнящий М. А. Определение коэффициента заполнения паза статора при автоматизации проектирования асинхронных двигателей на ЭВМ. В кн.: Расчеты параметров электрических машин& quot-, Кишинев, 1980, с. 19−21.
24. Важнов А. И. Электрические машины. М., & quot-Энергия"-, 1969, 768 с.
25. Вопросы расчета электрических машин. Труды научно-исследовательского института электротехнической промышленности. М., Центральное бюро технической информации НИИ Электропромышленности, т. 3, вып. I, 1959, III с.
26. Видмар М. Экономические законы проектирования электрических машин. М. -Л., Гостехиздат, 1924, 109 с.
27. Виноградов В. И. Вентиляторы электрических машин. Л., Энерго-издат. Ленинское отделение, 1980, 200 с.
28. Виленкин Н. Я. Метод последовательных приближений. М., & quot-Наука"-, 1968, 108 с.
29. Вольдек А. И. Электрические машины. Л., & quot-Энергия"-, 1974, 839 с.
30. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. М., & quot-Наука"-, 1967, 575 с.
31. Гаинцев Ю. В. Влияние теплового состояния асинхронной машины на ее характеристики. & quot-Электротехника"- № 3, 1975, с. 20−21.
32. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах, Пер. с англ., под ред. З. Г. Каганова. М., & quot-Энергия"-, 1981, 353 с.
33. Геллер Б., Гамата В. Дополнительные поля, моменты и потери мощности. М., & quot-Энергия"-, 1964, 263 с.
34. Гобианидзе З. Г. Применение метода геометрического программирования для оптимального проектирования асинхронных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кавдидата техн. наук, МЭИ, 1976, с. 23.
35. Гусейнов К. К. Проектирование асинхронных машин на ЦВМ с помощью метода геометрического программирования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, МЭИ, 1977, с. 20.
36. Горягин В. Ф. и др. Оптимальное проектирование взрывонепро-ницаемых асинхронных двигателей. & quot-Электротехника"-, 1976, № I, с. 57−58.
37. Галустян К. М. Выбор ограничений при проектировании асинхронных короткозамкнутых двигателей с заданными динамическими показателями. & quot-Электротехника"-, 1979, № 5, с. 40−42.
38. Гусев Б. Я. Диапазоны частотного регулирования и параметры асинхронных двигателей, & quot-Труды БНИИЭМ& quot-, 1976, вып. 45, с. I35-I4I.
39. Гусев Б. Я., Баскин Л. Б. Пульсация частоты вращения асинхронных двигателей при питании от напряжения прямоугольно-сту-пенсатой формы, & quot-Электротехника"-, 1978, № 9, с. 53−54.
40. Гусев Б. Я., Белов Б. В., Астраханцев С. В. Асинхронные двигатели для тиристорного привода. & quot-ЭП. Электрические машины& quot-, 1975, вып. I, с. 3−6.
41. Даниленко С. Е. Некоторые математические методы оптимального проектирования. В сб.: & quot-Математические методы решения электротехнических задач& quot-. М., 1968, с. 3−6.
42. Даффин Р. и др. Геометрическое программирование. М., & quot-Мир"-, 1972, 312 с.
43. Данилевич Я. Ю., Домбровский В. В., Казовский Е. Я. Параметры электрических машин переменного тока. М-Л. & quot-Наука"-, 1965, 339 с.
44. Домбровский В. В. Манер Н.З. Некоторые вопросы проектирования АД для частотнорегулируемого привода. В кн.: & quot-Электромагнитные процессы в приводах о частотным управлением& quot-, Л., 1972, с. 53−60.
45. Даниленко С. Е., Каган Б. М., Шахунянц Т. Г. Проекционный градиентный метод решения задач оптимального проектирования. -& quot-Автоматика и вычислительная техника& quot-, 1976, № 3.
46. Джафаров З. Т. Оптимальное проектирование асинхронных двигателей с учетом переходных процессов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, МЭИ, 19740. 35.
47. Джермейн К., Программирование на I ВМ/360. М., & quot-Мир"-, 1973, 870 с.
48. Домбровский В. В., Хуторецкий Г. М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. Л., & quot-Энергия"-, 1974, 504с.
49. Егоров С. В. Элементы идентификации и оптимизации управляющих систем. М., МЭИ, 1974, 224 с.
50. Ермурадский П. В. Модификация симплексного метода оптимизации. Труды МЭИ, вып. 68, 1966, с. I2I-I28.
51. Ермурадский П. В. Комплекс-метод. Труды МЭИ, вып. 76, 1970.
52. Зайчик В. М. Применение метода математического программирования при проектировании электрических машин. & quot-Электричество"-, № 9, 1968, 42−45 с.
53. Зангвилл У. И. Нелинейное программирование. М., & quot-Советское радио& quot-, 1973, 311 с.
54. Зенер К. Геометрическое программирование и техническое проектирование. М., & quot-Мир"-, 1973, III с.
55. Зуховицкий С. И., Авдеева Л. И. Линейное и выпуклое программирование. М., & quot-Наука"-, 1967, 460 с.
56. Захаров Е. Е., Томашевский А. А. и др. & quot-О постановке, особенностях и методах решения задачи оптимального расчетного проектирования электрических машин& quot-. В кн.:: Расчеты параметров электрических машин& quot-, Кишинев, Штиинца, 1980, с. 3−19.
57. Зайчик В. М. Применение линейного программирования при оптимизации расчета асинхронных машин. & quot-Электричество"-, 1979, № 12, с. 53−56.
58. Захаров Е. Е. 0 постановке и методах решения задачи оптимального проектирования электрических машин. В сб.: & quot-Исследование электрических машин& quot-, Владимир, 1981, 70−85 с.
59. Измерение магнитного потока тягового асинхронного электродвигателя /Ю.И. Гусевский, В. И. Носков, М. В. Мажинский и др. -Электрическая промышленность. Серия & quot-Тяговое и подъемно-транс портное электрооборудование& quot-. М.: Информэлектро. 1979, вып. 2, с. 14−17.
60. Иосифьян А. Г. Развитие новых перспективных единых серий электрических машин. & quot-Электротехника"-, № 7, 1972, с. 1−3.
61. Иосифьян А. Г. 0 принципах комплексной разработки серии 4А. & quot-Электротехника"-, № 10, 1976, с. 4−5.
62. Каган Б. М., Даниленко С. Е. Применение методов случайного поиска с обучением при оптимальном проектировании асинхронных электродвигателей. В кн.: & quot-Автоматика и вычислительная техника& quot-, Рига, Изд-во А Н Латв. СССР, вып. 13, 1966, с. 169−172.
63. Копылов И. П. Электромеханические преобразователи энергии. М., & quot-Энергия"-, 1973, 400 с.
64. К вопросу выбора частоты, полюсности, электромагнитных нагрузок электродвигателей серии ВАО при частотном управлении. & quot-Труды Кузбасского политехнического института& quot-, 1971,45, с. 42−46. Авт.: Иванов В. Л., Гаврилов Н. Д., Власов В. И., Тимофеева Л. И.
65. Копылов И. П. Математическое моделирование асинхронных машин. М., & quot-Энергия"-, 1969, 97 с.
66. Копылов И. П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах (Электрические машины) Учебник. -М., Высшая школа, 1980, 256 с.
67. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М., & quot-Наука"-, 1976, 576 с.
68. Крон Г. Тензорный анализ сетей. М., & quot-Советское радио& quot-, 1978, 719 с.
69. Корн Г., Корн Т., Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., & quot-Наука"-, 1968, 712 с.
70. Крылов В. И., Бобков В. В., Монастырский П. И., Вычислительные методы. М., & quot-Наука"-, 1976, 302 с.
71. Копылов И. П. и др. Применение метода геометрического программирования для расчета размеров электрических машин. -Труды МЭИ, 1975, вып. 220, с.
72. Кривицкий С. О., Эпштейн И. И. Динамика частотнорегулируемых электроприводов с автономными инверторами. М., & quot-Энергия"-, 1970, 149 с.
73. Костенко М. П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов. & quot-Электричество"-, 1925, № 2, с. 87−95.
74. Костенко М. П. Электрические машины, Специальная часть. М. -Л., Госэнергоиздат, 1949, 712 с.
75. Каган Б. М., Тер-Микаэлян Т. М. Решение инженерных задач на ЦВМ. М. -Л., & quot-Энергия"-, 1964, 592 с.
76. Лопухина Е. М., Сомихина Г. С. Расчет асинхронного микродвигателя однофазного и трехфазного тока. М., Госэнергоиздат, 1961, 312 с.
77. Мальцев В. В., Пантюхов Л. Л. Вентиляционный расчет закрытых асинхронных двигателей мощностью 0. 6−100 кВт. & quot-Вестник электропромышленности& quot-, 1962, № 3, с. 24−28.
78. Мальцев А. И. Основы линейной алгебры. М., & quot-Наука"-, 1975, 400 с.
79. Мэрфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока. М., & quot-Энергия"-, 1979, 256 с.
80. Полак Э. Численные методы оптимизации (единый подход). М., & quot-Мир"-, 1974, 376 с.
81. Проектирование электрических машин. Учебное пособие для вузов. Под ред. Копылова И. П. М., & quot-Энергия"-, 1980, 496 с.
82. Проектирование тяговых электрических машин. Под ред. М. Д. Находкина, I^v 2-е, перераб. и доп. М., & quot-Транспорт"-, 1976, 624 с.
83. Петров А. В. и др. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. М., & quot-Высшая школа& quot-, 1975, 302 с.
84. Петров Г. Н. Электрические машины, часть 2, Асинхронные и синхронные машины. М., Госэнергоиздат, 1963, 416 с.
85. Рихтер Р. Электрические машины. Том. 4, Индукционные машины, М. -Л., Г0НТИ, 1939, 471 с.
86. Рябуха В. И. Процессы в асинхронном двигателе при частотном регулировании скорости по заданному плану. & quot-Энергетика и транспорт& quot-, 1966, № 2, с. 82−96.
87. Сандлер А. С., Сарбатов Р. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М., & quot-Энергия"-, 1974, 327 с.
88. Сорокер Т. Г. Применение АЦВМ при проектировании новых серийасинхронных двигателей. Доклад на научно-техническом совещании & quot-Новые единые серии электродвигателей мощностью 0,6 — 100 кВт& quot-. М., изд. ВНИИЭМ, 1966, 18 с.
89. Сорокер Т. Г., Воскресенский А. П. и др. К вопросу об оптимальных размерах асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт. & quot-Электротехника"-, 1967, № 7, с. 7-II.
90. Сорокер Т. Г. и др. Оптимальное проектирование серий асинхронных двигателей на ЦВМ. Труды ВНИИЭМ, 1976, т. 47.
91. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применение. М., & quot-Мир"-, 1980, 454 с.
92. Сергеев П. С. и др. Проектирование электрических машин. М., & quot-Энергия"-, 1969, 632 с.
93. Сорокер Т. Г. и др. Об оптимальном проектировании серии асинхронных двигателей 4А. & quot-Электротехника"-, № 10, 1976, с. 10−13.
94. Соболь И. М. Численные методы Монте-Карло, М., & quot-Наука"-, 1973, 311 с.
95. Соколов М. М., Шинянский А. В., Шевырев Ю. В. Методика исследования тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности. & quot-Электричество"-, 1979, № 9, с. 37−40.
96. Сакман Г. Решение задач в системе человек-ЭВМ. М., & quot-Мир"-, 1973, 352 с.
97. Счастливый Г. Г. Нагревание закрытых асинхронных электродвигателей. Киев, & quot-Наукаова думка& quot-, 1966, 196 с.
98. Терзян А. А. Мамиконян А.О. О методах поиска оптимальных размеров электрических машин с помощью ЭВМ. & quot-Электротехника"-, 1969, № 8, с. 5−8.
99. Терзян А. А., Мамиконян А. О. Поиск оптимальных размеров электрических машин вдоль поверхностных ограничений. & quot-Электротехника"-, 1973, № 12, с. 10−14.
100. Терзян А. А., Мамиконян А. О. Случайный поиск в задачах оптимального проектирования электрических машин. В кн.: & quot-Проблемы случайного поиска& quot-. Рига, & quot-Зинатне"-, 1972.
101. Томашевский А. А., Захаров Е. Е. Оптимизация магнитопровода асинхронных короткозамкнутых двигателей. В сб.: & quot-Параметры электрических машин& quot-, Кишинев, & quot-Штиинца"-, 1978.
102. Табачник A.M., Непомнящий М. А. Проектирование АД для привода с частотным управлением. & quot-Электроэнергетика и автоматика& quot-, 1972, вып. 2, 12−15.
103. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханические преобразователи энергии. М. -Л. & quot-Энергия"-, 1964, 528 с.
104. Фаддеев Д. К., Фаддеева В. Н. Вычислительные методы линейной алгебры. М. -Л, Физматгиз, 1963, 734 с.
105. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. М., & quot-Мир"-, 1972, 240 с.
106. Хенкок Н. Матричный анализ электрических машин. М., & quot-Энергия"-, 1967, 225 с.
107. Химмельбау Д. Прикладное нелинейное программирование. М., & quot-Мир"-, 1975, 534 с.
108. Хан В. Х. Аппроксимация табулированных и графических зависимостей при расчете электрических машин на ЦВМ. & quot-Электропромышленность"-, 1967, вып. 291.
109. Хамудханов М. З., Валиев Ш. С. О номинальной частоте асинхронного двигателя системы вентильный преобразователь частоты асинхронный двигатель. & quot-Электротехника"-, 1968, № 8,с. 7−10.
110. НО. Численные методы условной оптимизации. М., & quot-Мир"-, 1977, 290 с.
111. Шун Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. Пер. с англ. М., & quot-Мир"-, 1982, 238 с.
112. Эпштейн И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М., Энергоиздат, 1982, 191 с.
113. ИЗ. Электрические машины в тяговом автономном электроприводе. Под ред. А. П. Пролыгина. М., & quot-Энергия"-, 1979, 240 с.
114. Электрические трансмиссии пневмоколесных транспортных средств. М., & quot-Энергия"-, 1976, с. 256. Авт., И. С. Ефремов, А. П. Пролыгин, Ю. М. Андреев, А. Б. Миндлин.
115. Электрические передачи переменного тока тепловозов и газотурбовозов. А. Д. Степанов, В. И. Андерс, В. А. Пречисский, Ю. И. Гусевский. М., Транспорт, 1982, 254 с.
116. Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических устройств. М., & quot-Высшая школа& quot-, 1976, 416 с.
117. Рожанковский Ю. В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук МЭИ, 1975^ с. 25.
118. Соломахин Д. В., Вальясе Р. К., Бессмертных Н. А. Расчет магнитной цепи асинхронного двигателя на ЦВМ и выбор оптимальных размеров паза статора. -«Электромеханика, Известия вузов», 1980,№ 10,с. 1033−1035.
119. Соломахин Д. В., Вальясе Р. К., Бессмертных Н. А. Особенности теплового расчета регулируемых асинхронных двигателей (АД) закрытого исполнения. -Тр/Моск. энерг. ин-т, 1979, вып. 410, с. 18−20.
120. Соломахин Д. В., Вальясе Р. К., Бессмертных Н. А. Обратная матрица индуктивности асинхронной машины в фазной системе координат. Тр. /Моск. энерг. ин-т, 1980, вып. 449, с. 61−64.
gugn.ru
На скоростном пассажирском подвижном составе зарубежных стран получил распространение асинхронный тяговый привод, основным преимуществом которого являются низкие весогабаритные показатели, невысокие затраты на обслуживание в эксплуатации, а также механическая устойчивость при плохих условиях сцепления колеса с рельсом /1,2,3/.
В Программе обновления эксплуатационного парка подвижного состава в 2008—2012 годах, принятой в 2008 году на заседании Научно-технического совета ОАО & laquo-РЖД»-, указано на необходимость создания нового подвижного состава на основе модульного принципа и унификации, с электрической передачей переменного тока и асинхронным тяговым приводом /5, 6/. Новый подвижной состав должен соответствовать типажу локомотивов для железных дорог страны, утвержденному в 2002 году МПС РФ- основным требованием при этом было оснащение локомотивов асинхронным тяговым приводом /4/. Поэтому повышение технических характеристик силового электрооборудования локомотивов является важным этапом развития железнодорожного транспорта.
Одновременно с созданием новых локомотивов, перспективным направлением на настоящий момент является модернизация имеющихся локомотивов с заменой, в том числе, и их энергетического оборудования. Так на Воронежском ТРЗ производится модернизация магистральных тепловозов 2ТЭ116, в рамках которой наряду с оснащением локомотива микропроцессорной системой управления, новой кабиной с унифицированным пультом управления производится оборудование асинхронным тяговым приводом /7/.
Для решения задач модернизации существующего парка локомотивов с 1995 г. заводом & laquo-Привод»- (г. Лысьва), вошедшим в настоящее время в холдинг & laquo-Нефтегазовые системы& raquo-, приступил к выпуску тяговых электрических машин новых серий /8,9,10,11,12/. В основном это электрооборудование для автономных локомотивов, которые, несмотря на широкую электрификацию, на железных дорогах мира остаются преобладающим видом тяги. Общее количество тепловозов в мире (110 тыс. единиц) более чем в два раза превосходит общее количество электровозов (42 тыс. единиц). Доля тепловозов с электрической передачей составляет около 80% от общего парка, что соответствует приблизительно 90 тыс. находящихся в эксплуатации локомотивов /13/.
С первых локомотивов основным элементом их энергетической цепи являлся тяговый электродвигатель постоянного тока, электромеханическая характеристика которого в наилучшей степени удовлетворяет условиям тяги. Однако коллекторные тяговые электродвигатели являются узлами с относительно низкими показателями надежности, т.к. относятся к числу наиболее напряженных машин по коммутации, механической прочности и нагреванию среди электрических машин. В настоящее время во всем мире — широко внедряется подвижной состав с бесколлекторными, преимущественно, асинхронными тяговыми электродвигателями (АТД). Такой тяговый электропривод позволяет заметно улучшить эксплуатационные качества силового электрооборудования локомотивов: в 2.4 раза снижаются затраты на ремонт и обслуживание электродвигателей- ' уменьшается его весо-габаритные показатели- за счет регулирования момента можно более эффективно использовать сцепление колес с рельсами- при хороших выходных характеристиках инвертора асинхронный тяговый электродвигатель по сравнению с коллекторным может иметь более высокое значение кпд/13,15,16/.
В 1999 г. заводом & laquo-Привод»- освоено производство асинхронных тяговых двигателей для тепловозов с электрической передачей переменного тока/17/.
Первым был разработан асинхронный тяговый электродвигатель ДАТ-305, предназначенный для работы в электрической передаче модернизированного тепловоза ТЭМ18 (ОАО & laquo-БМЗ»-). К настоящему времени создана серия асинхронных тяговых электродвигателей ДАТ-510 для модернизации тепловозов 2ТЭ10 и разрабатывается тяговый двигатель ДАТ-470 перспективных магистральных тепловозов ТЭА25.
Опыт эксплуатации тяговых электродвигателей постоянного тока грузовых локомотивов показывает, что из-за больших нагрузок их обмотки часто перегреваются, увеличивая скорость старения изоляции. В результате наступает ее тепловой пробой и необходимость внеплановых ремонтов двигателей.
В настоящее время отсутствуют исследования, посвященные анализу теплового состояния обмоток тяговых асинхронных двигателей в эксплуатации, поскольку низкие нагрузки и высокая интенсивность охлаждения электродвигателей пассажирских локомотивов делают маловероятным их отказ по причине теплового пробоя изоляции. Асинхронный тяговый привод грузовых локомотивов работает на более тяжелых режимах при меньшей интенсивности охлаждения, чем электродвигатели пассажирских локомотивов, поэтому можно ожидать перегрева его обмоток, как и у электродвигателей постоянного тока. В связи с этим, актуальной является задача изучения тепловых режимов АТД в эксплуатации для поиска путей снижения интенсивности старения изоляции их обмоток.
В связи с этим целью настоящей работы является разработка методов прогнозирования температурных нагрузок АТД в эксплуатации и выбора рациональных конструктивных параметров их обмоток, обеспечивающих снижение интенсивности старения изоляции по тепловому фактору.
В ней решены следующие частные задачи:
— разработана математическая модель асинхронного электродвигателя как нестационарного теплового и аэродинамического объекта-
— проведены многофакторные исследования по определению влияния режимов работы АТД на распределение температур в его узлах-
— проведены исследования по влиянию профиля стержня ротора АТД на распределение температур в его обмотках- разработана динамическая модель движения локомотива с электрической передачей переменного тока для исследования температурных режимов и процессов старения изоляции обмоток АТД с учетом конкретных условий эксплуатации-
— выполнен прогноз по старению изоляции обмоток АТД локомотивов в эксплуатации при различных профилях стержней ротора-
— даны рекомендации по выбору профиля стержней ротора АТД локомотива, обеспечивающего в эксплуатации максимальный ресурс изоляции обмотки статора по тепловому фактору.
Научные выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы применением современных методов экспериментального исследования и математического моделирования с помощью средств вычислительной техники. Достоверность результатов расчетов подтверждена их сходимостью с результатами экспериментальных исследований АТД, выполненных в лаборатории кафедры & laquo-Локомотивы и локомотивное хозяйство& raquo- Московского государственного университета путей сообщения (г. Москва), п/я Г-4847, заводом «Электротяжмаш-Привод» (г. Лысьва), во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ, г. Москва).
Результаты работы внедрены на заводе «Электротяжмаш-Привод» ХК & laquo-Нефтегазовые системы& raquo- и используются при разработке тяговых электродвигателей тепловозов.
Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Московского государственного университета путей сообщения & laquo-Безопасность движения поездов& raquo- (Москва 2004 г., 2007 г.), & laquo-Неделя науки& raquo- (Москва 2004 г.), «Тгаш-МесЬ-АЛ-СЬет» (Москва 2008 г.).
11. Результаты работы внедрены на заводе «Электротяжмаш-Привод» ХК & laquo-Нефтегазовые системы& raquo- и используются при проектировании асинхронных тяговых электродвигателей локомотивов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Внедрение асинхронного тягового электродвигателя на локомотивах ставит задачу повышения эффективности его работы в условиях тяги, в частности, повышения ресурса за счет снижения интенсивности старения изоляции. Анализ характеристик изоляционных материалов, используемых в электромашиностроении, показал, что их ресурс в значительной степени определяются температурой обмоток электрических машин.
2. С целью выбора конструктивных параметров асинхронного тягового электродвигателя, обеспечивающих минимальный нагрев обмоток в эксплуатации, разработана математическая модель асинхронного электродвигателя, как нестационарного теплового объекта, представляющая собой систему нелинейных дифференциальных уравнений 38 порядка и базирующаяся на методе эквивалентных тепловых схем. Модель учитывает кондуктивные связи между элементарными тепловыми узлами электродвигателя и конвективные связи с теплоносителем.
3. Для определения конвективных связей узлов электродвигателя с теплоносителем разработана его математическая модель, как аэродинамического объекта, позволяющая рассчитать расходы охлаждающего воздуха по каналам машины. Модель представляет собой разветвленную систему аэродинамических тройников, энергетическое состояние которой описано системой нелинейных рекуррентных уравнений 44 порядка. В модели учтены местные аэродинамические сопротивления воздушному потоку и сопротивления его трения с эффектом вращения.
4. Адекватность разработанной тепловой модели асинхронного электродвигателя подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных характеристик нагревания обмотки статора тяговых электродвигателей электровоза НБ-602 и тепловоза ДАТ-305. Ошибка при расчете средних значений температур обмотки статора во всем диапазоне изменения нагрузок электродвигателя не превышает 3%.
5. С помощью разработанной модели проанализировано стационарное распределение температур в обмотках асинхронных тяговых электродвигателей. Расчеты показали, что лимитирующими по нагреву узлами являются средние узлы пазовой части обмотки статора и стержней ротора- для НБ-602 разница средней температуры обмотки статора и ротора и температур их наиболее нагреваемых узлов составляет на номинальном режиме работы соответственно 22& deg-С и 20& deg-С.
6. На примере электродвигателя НБ-602 выполнен расчетный анализ влияния профиля стержня ротора на его тепловое состояние при идентичных значениях нагрузок. Исследования проведены с наиболее распространенными профилями стержней ротора: трапецеидальным, колбовидным, прямоугольным и бутылочным. Получено, что наибольший нагрев статорная обмотка электродвигателя имеет при использовании в конструкции ротора стержней прямоугольного профиля, а наименьший — стержней трапецеидальной формы.
7. Для исследования процессов старения изоляции обмотки статора по тепловому фактору асинхронного тягового электродвигателя в эксплуатации разработана динамическая модель движения поезда по участку заданного профиля, позволяющая рассчитывать нестационарное изменение температур его узлов во всем диапазоне изменения нагрузок.
8. Расчетные исследования показали, что при работе локомотива в эксплуатации на типовом профиле с составом расчетного веса и н.у. температура лимитирующего по нагреву узла обмотки статора НБ602 достигает 112& deg-С, при максимальном значении средней температуры 104& deg-С. Тяговые двигатели тепловозов работают в более напряженных условиях: средняя температура обмотки статора ДАТ-305 на расчетном подъеме достигает 140& deg-С, а температура ее лимитирующего по нагреву узла — 154& deg-С
9. Для определения влияния конструктивных параметров ротора тягового электродвигателя на срок службы изоляции обмотки статора был использован фактор износа изоляции по тепловому фактору. Моделирование нестационарных тепловых процессов в обмотках НБ-602 при его работе в эксплуатации показало, что использование в его конструкции стержней трапецеидальной формы обеспечивает максимальный ресурс изоляции обмотки статора в эксплуатации- при применении стержней прямоугольной формы ресурс изоляции уменьшится более чем в два раза
10. Экономический эффект от использования в конструкции ротора асинхронного тягового двигателя стержней трапецеидальной формы только за счет увеличения срока службы изоляции составит 63 750 рублей на один тепловоз в год.
Показать Свернуть1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ 6 ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ИХ ОБМОТОК
1.1. Обзор характеристик асинхронных тяговых 6 электродвигателей
1.2. Методы экспериментального определения температур 11 обмоток электродвигателей
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО 16 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ КАК ТЕПЛОВОГО ОБЪЕКТА
2.1. Существующие методы расчета температур 16 электродвигателей
2.2. Модель асинхронного электродвигателя как 21 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 36 теплоносителю
2.2.4. Расчет теплопроводностей между узлами 41 электродвигателя
2.3. Модель электродвигателя как аэродинамической 43 системы
2.4. Анализ адекватности математической модели 54 асинхронного электродвигателя реальному объекту
3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ 61 ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА НАГРЕВ ОБМОТОК
3.1. Особенности конструктивных параметров ротора 61 электродвигателя
3.2. Тепловые характеристики стержней ротора 64 электродвигателя
3.3. Распределение температур в обмотках 66 электродвигателя на номинальном режиме работы
4. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО 76 СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1. Динамическая модель энергетической цепи 76 локомотива
4.2. Влияние режима работы электровоза на тепловое 83 состояние обмоток электродвигателя
4.3. Влияния режима работы тепловоза на тепловое 90 состояние обмоток электродвигателя
4.4. Анализ влияния формы стержня ротора на нагревание 95 обмоток электродвигателя в эксплуатации
5. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ 105 ПАРАМЕТРОВ РОТОРА АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
5.1. Критерий влияния температуры обмотки 105 электродвигателя на изменение ее характеристик в эксплуатации
5.2. Анализ влияния конструкции стержней ротора на 108 характеристики изоляции электродвигателя в эксплуатации
5.3. Расчет экономической эффективности от 115 модернизации ротора двигателя
1. Эпштейн И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока. — М.: Энергоиздат, 1982, 192 с.
2. G. Rratz er al. Die Konzeption dem perspektivesche Triebfarzeuge // Elektrische Bahnen, 1998, № 11, S. 333−337.
3. Yang Anli. Подвижной состав железных дорог Китая // Chinese Railways, 1997, № 2(9), p. 18−24.
4. Сорин Jl.H. Перспективные электровозы для железных дорог России// Железные дороги мира 2003, № 8. С 18−24.
5. Необходим инновационный прорыв. Программа обновления парка подвижного состава в 2008—2012 годах //Локомотив 2008, № 5. С 2−5.
6. Реализуя стратегические направления научно-технического развития железнодорожного транспорта // Железнодорожный транспорт 2008, № 4. С. 2−5.
7. Сайфранов С. М. Локомотивное хозяйство // Железнодорожный транспорт 2003, № 9. С 89−91.
8. Чащин В. В. Тяговая техника России тепловозостроителям // Приводнаятехника 1997, № 4. С. 3−4.
9. Чащин В. В. Синхронные и асинхронные электродвигатели производства
10. ХК ОАО & laquo-Привод»- // Новое энергосберегающее оборудование производства ХК ОАО & laquo-Привод»- - техника нового тысячелетия. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции -Лысьва,. 1998. С. 64−67.
11. Горнов В. А., Чащин в.В. Новая техника ХК ОАО & laquo-Привод»- для Газпрома // Новая техника и технологии в энергетике ОАО & laquo-ГАЗПРОМ»-. Материалы конференции — Москва, 2001. С. 124−127.
12. Чащин В. В. Асинхронные двигатели вертикального исполнения // Электрические машины и электромашинные системы. Науч. тр. Пермского государственного технического университета — Пермь, 2003. С. 149−151.
13. Литовченко В. В., Баранцев О. Б. Электрические передачи мощности тепловозов с асинхронными двигателями //Локомотив 2002, № 6. С 4144.
14. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями /H.A. Ротанов, A.C. Курбасов, Ю. Г. Быков, В.В. Литовченко- Под ред. H.A. Ротанова. — М.: Транспорт, 1991. — 336 с.
15. Покровский C.B. Улучшение сцепных свойств электровозов с бесколлекторными двигателями. Дисс. на соискание ученой степени док. техн. наук. М., 1998, 357с.
16. Перспетивные направления повышения энергетической эффективности ОАО"РЖД" // Железнодорожный транспорт 2008, № 8. С. 3−7.
17. Электровозный парк Германии // Железнодорожный транспорт 2008, № 7. С. 74−77.
18. Локомотив для Европы без границ // Железные дороги мира 2004, № 8. С 15−27.
19. Испытания электровоза ВЛ-80А-751 по определению основных энергетических показателей и тяговых свойств. Тема РЭЛ-01−78. 1978 г.
20. Мощный магистральный электровоз с асинхронными тяговыми двигателями//Электрическая и тепловозная тяга — 1977, № 5. С. 9−11.
21. Новые локомотивы компании Alstom/Железные дороги мира, 1998, № 10.
22. Анализ технического состояния электрических машин, поступающих в ремонт и оценка их надежности: Отчет о НИР/ Смелянский электромеханический ремонтный завод. Лаборатория надежности. Главный инженер В. Т. Мирошниченко.- Смела. 1982 г. 38с.
23. Попов A.A., Логинова Е. Ю. Результаты экспериментального и расчетного определения температур обмоток тягового электродвигателя электровоза// Вестник ВНИИЖТ 1999, № 6. С. 34−39.
24. Логинова Е. Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения. Дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук. -М., 2000, 322с.
25. Курочка А. Л., Лозановский А. Л., Зусмановская Л. Л. Испытания тяговых машин и аппаратов электрических локомотивов. М. :Трансжелдориздат. 1959. 216с., ил.
26. Ярышев H.A. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. 2-е изд., перераб. Л.: & laquo-Энергоатомиздат»-. Ленингр. отд-ние, 1990. 256 е.: ил.
27. Линевег Ф. Измерение температур в технике: Справочник / Пер. с нем. М. :Металургия, 1980. 554 е., ил.
28. Гордов А. Н., Малков Я. В., Эргардт H.H. Точность контактных методов измерения температуры. М.: Изд-во стандартов. 1976. 232с., ил
29. Кельтнер, Бек Дж. Погрешности измерения температур поверхностей // Теплопередача. 1983. Т. 105. № 2. С. 98−106.
30. Куинн Т. Температура / Пер. с англ. М. :Мир, 1985. 448с., ил.
31. Hofmann D. Dynamische temperaturmessung / Berlin: VEB Verlag Technik, 1976. 328 s.
32. Богаенко И. Н., Мусатов И. Х., Попов В. Б. Экспериментальное исследование температурного поля тягового двигателя // & laquo-Электровозостроение»- // Сб. науч. тр. ВНИИ электровозостроения (ВЭлНИИ). Новочеркасск. 1964. Том IV. С. 106−121.
33. Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 236с.
34. Иванова Г. М., Кузнецов Н. Д. Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984.
35. Иванова Г. М., Кузнецов Н. Д. Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984.
36. Rotter R. Termische Betribsuntersuchimgen an elektrischen Fahrmoto-Kommutatoren der osterreichischen Bundesbahnen. «Z. Eisenbahn und Verkehrstechn. Glas. Ann. «, 1972, v. 96,1 6.
37. Чивадзе З. Д., Ванштейн Б. З., Сладкин В. А. Устройство для непрерывного контроля и дистанционного измерения температуры вращающихся частей электрических машин. Сб.: Электротехн. пр-сть. Сер. Электрические машины. 1970. Вып. 3. С. 21−22.
38. Курочка А. Л. и др. Исследование высоковольтных электрических машин постоянного и пульсирующего тока / А. Л. Курочка, A.A. Суровиков, В. П. Янов М. :Энергия. 1975. 192 е., ил.
39. Громов С. А. Исследование возможности определения температур обмоток якорей электрических машин тепловозов по температуре обмоток дополнительных полюсов. Автореф. дис. На соискание ученой степени к.т.н. ЦНИИ ж. -д. трансп. (ЦНИИ МПС). М.: 1955. 24с.
40. Гнездилов Б. В., Егоров А. Я. Исследование нагревания уравнительных соединений тепловозных тяговых электродвигателей//
41. Совершенствование тепловозных электропередач& raquo- // Науч. тр. ЦНИИ ж. -д. трансп. (ЦНИИ МПС). 1968 Вып. 349. С. 73−82.
42. Режимы работы магистральных электровозов / O.A. Некрасов, А. Л. Лисицын, Л. А. Мугинштейн, В.И. Рахманинов- Под ред. O.A. Некрасова. М.: & laquo-Транспорт»-, 1983. 231., ил.
43. Гуревич Э. И., Рыбин Ю. Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. Л.-. Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1983. 216с., ил.
44. Гуревич Э. И. Тепловые испытания и исследования электрических машин. Д.: Энергия. 1977. 295 е., ил.
45. Готтер Г. Нагревание и охлаждение электрических машин, (пер. с нем. под ред. В. В. Мальцева. M. -JL, Госэнергоиздат, 1961. 480 е., ил.
46. Борисенко А. И. и др. Охлаждение промышленных электрических машин / А. И. Борисенко, О. Н. Костиков, А. И. Яковлев. М.: & laquo-Энергоатомиздат»-, 1983. -296 е., ил.
47. Алексеев А. Е., Костенко М. П. Турбогенераторы. M. -JL: Госэнергоиздат, 1939. 348 е., ил.
48. Soderberg R. Steady flow of heat in large turbine-generators. -Trans. AIEE, 1931, vol. 50, № 6, p. 782−802.
49. Исаев И. П. Допуски на характеристики электрических локомотивов. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. 1958. 370 е., ил.
50. Москвитин А. Н. Непосредственное охлаждение электрических машин. Изд. АН СССР, М., 1962.
51. Кузнецов H. JL, Котеленец Н. Ф. Надежность электрических машин и планирование эксперимента//Электричество — 2007, № 10. С 42−44.
52. Ипатенко В. Н. Исследование нагрева асинхронных двигателей и разработка алгоритма их выбора для различных эксплуатационных режимов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М. 1980. 144 с.
53. Тихонов Ф. В. Математическая модель асинхронного тягового электродвигателя ДАТ-470 как теплового объекта / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. — 2008. № 6
54. Находкин М. Д и др. Проектирование тяговых электрических машин. Изд. 2-е, перераб. И доп. М. ?Транспорт, 1976. 624с. Авт.: Находнкин М. Д., Василенко Г. В., Бочаров В. И., Козорезов М. А.
55. Постников И. М. Проектирование электрических машин. Киев, Гостехиздат УССР, 1960. 910с
56. Исаченко В. П. и др. Теплопередача. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1969. 440 е., ил. Авт.: Исаченко И. П., Осипова В. А., Сукомел A.C.
57. Лыков A.B. Тепломассообмен: (Справочник). Изд. 2-е, перераб. и доп. М. :
58. Энергия, 1978. 480 е., ил.
59. Борисенко А. И., Данько В. Г., Яковлев А. И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М.: Энергия. 1974. 560 с.
60. Богаенко И. Н. Обобщенные и местные коэффициенты теплоотдачи тяговых двигателей магистральных электровозов // Электричество. 1966. № 1. С. 25−29.
61. Гаевская И. И. Исследование основных параметров тяговых электродвигателей постоянного тока рудничных электровозов. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Харьковский политехнический институт (ХПИ). Харьков. 1978. 20с.
62. Иоффе А. Б. Тяговые элекрические машины (теория, конструкция, проектирование). М. -Л. :Энергия, 1965. 323 е., ил.
63. Богаенко И. Н., Бочаров В. И. Определение параметров эквивалентных тепловых схем тяговых двигателей. // & laquo-Электровозостроение»- // Науч. тр. ВНИИ Электровозостроения (ВЭлНИИ). Ростов-на Дону. 1968. Т. X. С. 34−49.
64. Данько В. Г., Богаенко И. Н., Бочаров И. К. К тепловому расчету тяговогоэлектродвигателя постоянного тока // & laquo-Электровозостроение»- // Науч. тр. ВНИИ Электровозостроения (ВЭлНИИ). Ростов-на Дону, 1966. Т. VII. С. 34−49.
65. Васильев Ю. К. Уточненный тепловой расчет однорядной обмотки возбуждения // Электричество. 1965. № 6. С. 24−27.
66. Шумехин М. И. Теплопроводность вдоль и поперек шихтованных пластиниз трансформаторной стали. //Электричество. 1966. № 12. С. 28−31.
67. Бертинов А. И., Миронов О. М., Базаров В. Н. Экспериментальное исследование эквивалентной теплопроводности пакетов листовыхэлектротехнических сталей. / Московский авиационный институт (МАИ). М.: 1971. 12с. Рукопись деп в ВИНИТИ № 2645−71.
68. Демкин Н. Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. Издво А Н СССР, 1962.
69. Попов В. М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений. М. :Энергия, 1971. 216 с.
70. Логинова Е. Ю., Тихонов Ф. В. Влияние режимов работы тягового электродвигателя на эффективность его охлаждения / Транспорт: наука, техника, управление. 2006. — № 2. С. 20−24.
71. Bratt D. The multiply-radial system of cooling large turbine-generators //Transactions AIEE, 1924, April, p. 437−454.
72. Fechheimer C., Penney C. Ventilation of turboalternatos concluding study myltiply path radial systems //Transactions AIEE, 1926, Febr., p. 253−267.
73. Филиппов И. Ф. Основы теплообмена в электрических машинах. Л. :Энергия Ленингр. отд-ние. 1974. 384с., ил.
74. Филиппов И. Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. Под ред. Н. П. Иванова. М.: Энергия. 1964. 336с.
75. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим& quot- сопротивлениям. М.: Машиностроение. 1975. 559с.
76. Протокол испытаний электродвигателей переменного тока тяговых типа ДАТ-305−2230УХЛ1 по определению типовых характеристик. ОВЖ. 125. 229. ХК ОАО & laquo-Привод»-. 2002.
77. Разработка технических требований и основных параметров перспективных тяговых двигателей. Стендовые испытания асинхронного (НБ-602) и вентильного (НБ-601) тяговых двигателей. ВНИИЖТ. 1972.
78. Стендовые испытания двигателя НБ602 и преобразовательной установки электровоза ВЛ-80А-751 при имеющейся мощности. Технический отчет №ОАБ. 122. 091. 1974 г.
79. Стенд электропередачи переменного тока для тепловоза. Руководство по эксплуатации, 27.С. 185. 00. 00. 000 РЭ.
80. Ковалев Е. Б., Расков Ю. В., Голянд Б. С. Статистический анализ и расчет нагрева асинхронных электродвигателей //Электричество. 1975. № 11. С. 38−40.
81. Турин Я. С., Кузнецов Б. И. Проектирование серий электрических машин. М. ?Энергия, 1978. 480 е., ил.
82. Вольдек А. И. Электрические машины. 3-е изд., перераб. JI. ¡-Энергия, 1978. 832 е., ил.
83. Сергеев П. С., Виноградов Н. В., Горяинов Ф. А. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е, переработ, и доп. М. гЭнергия, 1970.- 632с.
84. Шуйский В. П. Расчет электрических машин (перевод с немецкого). М. ?Энергия. 1968. 732с.
85. Логинова Е. Ю., Тихонов Ф. В. Исследование неравномерности нагрева обмоток асинхронного тягового электродвигателя / Транспорт: наука, техника, управление. 2007. — № 2. С. 39−42.
86. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: & laquo-Транспорт»-. 1985. 287с., ил.
87. Математическое моделирование динамики электровозов / А. Г. Никитенко, Е. М. Плохов, A.A. Зарифьян, Б. И. Хоменко. М.: Высшая школа. 1998. 274с.
88. Стародумов B.C., Тимранов P.P. Применение ПВК для моделирования тягового привода//Тр. Моск. энерг. ин-та. 1992. № 641. С. 17−22.
89. Кейн B.M. Оптимизация систем управления по минимаксному критерию. М. гНаука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 428с., ил.
90. Мощинский Ю. А., Петров А. П. Математическая модель несимметричного асинхронного двигателя на основе схем замещения для переходных режимов //Электротехника. 2003. № 2. С.
91. Тихонов Ф. В. Исследование теплового состояния асинхронного тягового двигателя в эксплуатации / Транспорт: наука, техника, управление. — 2007. -№ 12. С. 16−19.
92. Мониторинг и управление процессами теплового старения изоляции тяговых двигателей электровозов//Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. 2007№ 2. С. 177−180.
93. Ермолин Н. П., Жерихин И. П. Надежность электрических машин. Л. :Энергия. 1976. 248с., с ил.
94. Карпунин М. Г., Любенецкий Я. Г., Майданчик Б. И. Жизненный цикл и эффективность машин. М. Машиностроение, 1989. 312 е., ил.
95. О методике определения стоимости жизненного цикла и лимитной цены подвижного состава и сложных технических систем железнодорожного транспорта. Распоряжение ОАО & laquo-РЖД»- № 2459р, 2007.
96. Интернет-ресурс www. epr. ru.1. Нефтегазовые СИСТЕМЫ
97. НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ1. ЯГ)1. Акт о внедрении
98. Настоящим актом подтверждается, что Тихоновым Ф. В. (Московский государственный университет путей сообщения) разработана и внедрена в производственный процесс методика тепловых расчётов асинхронных тяговых электродвигателей.
99. ОКПО 93 277 102, ОГРН 1 057 749 572 594, ИНН 7 713 574 191, КПП 774 301 001, БИК 44 552 200, Р/с 40 702 810 900 000 219 136 в ЗАО АКБ «АЛЕФ-БАНК'Тг. Москва
mgutunn.ru
  Другие журналы |  Исследование многополюсного асинхронного тягового частотно-регулируемого двигателя. # 05, май 2014 DOI: 10.7463/0514.0709521авторы: профессор, д.т.н. Беспалов В. Я., профессор, д.т.н. Красовский А. Б., доцент к.т.н. Панихин М. В., доцент к.т.н. Фисенко В. Г.
Рассмотрены особенности применения тяговых асинхронных электродвигателей в трансмиссиях транспортных средств. Показано, что одним из важнейших этапов их проектирования является выбор числа полюсов. В тяговых электроприводах часто применяются двигатели с повышенным числом полюсов без всесторонней оценки такого решения. В статье исследованы динамические и энергетические характеристики многополюсного тягового асинхронного двигателя (ТАД), спроектированного и изготовленного для применения в индивидуальном электроприводе большегрузных колесных машин. Приведены описание основных функциональных элементов имитационной модели электропривода в среде Matlab с приложениями Simulink и SimPower Systems в структуре с векторным управлением и результаты имитационного моделирования его динамической механической характеристики. Установлено, что из-за повышенной частоты изменения токов многополюсного двигателя в области высоких скоростей происходит чрезмерное снижение момента, что снижает возможности выполнения требований заданной тяговой характеристики. Это является следствием искажения формы фазного тока двигателя в области высоких скоростей из-за неспособности источника силового питания компенсировать возрастающую по мере роста скорости ЭДС движения. Исследовано влияние повышенных частот токов на добавочные потери в двигателе. Анализ глубины проникновения электромагнитного поля в медный проводник обмотки статора на высокой частоте позволил установить значительное проявление скин – эффекта. Количественная оценка этому явлению дана по результатам численного расчета распределения электромагнитного поля в пазу статора. Установлено значительное увеличение добавочных потерь в двигателе и даны оценки степени ослабления потока из-за демпфирующего действия вихревых токов в шихтованной стали статора на повышенных частотах. Обоснован альтернативный вариант тягового асинхронного двигателя с улучшенными характеристиками. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании тяговых электроприводов транспортных средств на базе асинхронных двигателей. Список литературы1. Златин П.А., Кеменов В.А., Ксеневич И.П. Электромобили и гибридные автомобили. М.: Агроконсалт, 2004. 416 с.2. Флоренцев С., Изосимов Д. Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах. Часть 1. Идеология проектирования КТЭО // Электронные компоненты. 2009. № 11. С. 13-18.3. Флоренцев С., Изосимов Д. Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах. Часть 2. Идеология проектирования КТЭО // Электронные компоненты. 2009. №.12. С. 65-73.4. Проектирование электрических машин: учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылов а. 3-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 2002 . 757 с.5. Гольдберг О.Д., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2006. 430 с.6. Балагуров В. А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа, 1982. 272 с.7. Boldea I., Nasar S.A. The Induction Machines Design Handbook. 2nd ed. CRC Press, 2009. 845 p.8. Quang N.P., Dittrich J.-A. Vector Control of Three-Phase AC Machines. Springer Berlin Heidelberg, 2008. DOI: 10.1007/978-3-540-79029-7 9. Marino R., Tomei P., Verrelli C.M. Induction Motor Control Design. Springer London, 2010. 351 p. DOI: 10.1007/978-1-84996-284-110. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998. 704 с.11. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. М.: МЭИ, 2009. 632 с.12. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. 368 с.13. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / А.В. Иванов-Смоленский, Ю.В. Абрамкин, А.И. Власов, В.А. Кузнецов; Под ред. А.В. Иванова-Смоленского. М.: Энергоатомиздат, 1986. 216 с. Публикации с ключевыми словами: имитационное моделирование, тяговый электропривод, многополюсный асинхронный двигатель, тяговая характеристика, скин-эффект, коэффициент увеличения добавочных потерь Публикации со словами: имитационное моделирование, тяговый электропривод, многополюсный асинхронный двигатель, тяговая характеристика, скин-эффект, коэффициент увеличения добавочных потерь Смотри также: Тематические рубрики: |
www.technomag.bmstu.ru
