Литвинов Артем Валерьевич. Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов

brief description

Литвинов Артем Валерьевич. Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов: диссертация ... кандидата технических наук: 05.22.07 / Литвинов Артем Валерьевич;[Место защиты: Омский государственный университет путей сообщения].- Омск, 2014.- 216 с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ОмГУПС (ОмИИТ)
На правахрукописи
.1 5020650002
Литвинов Артем Валерьевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ
Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор!Авилов Валерий Дмитриевич
доктор технических наук, профессор Харламов Виктор Васильевич
ОМСК 2014

СОДЕРЖАНИЕ
!L
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 11
1.1 Основные задачи ОАО «РЖД» по обновлению парка локомотивов 11
1.2 Внедрение подвижного состава с асинхронным тяговым приводом 12
1.2.1 Развитие полупроводниковой техники 13
1.2.2 Полупроводниковые силовые электронные устройства (преобразователи частоты) 14
1.2.3 Основные схемные решения в применяемых преобразователях частоты 17
1.2.4 Создание первых локомотивов с асинхронным тяговым приводом .... 19
1.2.5 Современное состояние подвижного состава с асинхронным тяговым приводом 20
1.3 Технологическая оснащенность локомотивных ремонтных депо
и заводов 23
1.4 Выбор способа и схемы испытаний асинхронных тяговых двигателей. 25
1.4.1 Виды испытаний электрических машин 25
1.4.2 Периодичность проведения испытаний тяговых асинхронных двигателей 29
1.4.3 Анализ существующих методов испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов 31
1.4.4 Анализ применяемых схем испытаний асинхронных двигателей 34
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 41
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ■ ■ ■• МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ МЕТОДОМ ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ 43

2.1 Математическое описание работы основных элементов схемы 43
2.1.1 Выбор математической модели, описывающей процессы в трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором 44
2.1.2 Математическое описание преобразователей частоты для выбранного закона управления 48
2.2 Система уравнений для описания работы асинхронных двигателей при их испытании методом взаимной нагрузки 55
2.3 Анализ влияния высших гармоник напряжения на выходе преобразователей на мощность испытуемых асинхронных двигателей 58
2.4 Проверка адекватности разработанной математической модели 64
2.5 Математическое моделирование процесса испытаний асинхронных тяговых двигателей НТА-1200 методом взаимной нагрузки 70
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 75
3 ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДА ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ 76
3.1 Определение критериев подобия процессов в асинхронных двигателях физической модели и тяговых асинхронных тяговых двигателях при их испытании методом взаимной нагрузки 76
3.2 Предварительная оценка эффективности метода взаимной нагрузки при испытании асинхронных двигателей 80
3.3 Расширение функциональных возможностей физической модели стенда для испытаний асинхронных тяговых двигателей методом их взаимной нагрузки 84
3.4 Экспериментальные исследования метода взаимной нагрузки на физической модели процесса испытаний асинхронных тяговых двигателей 90
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 95

ч
4 РАЗРАБОТКА СХЕМ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ И МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ В ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ЭТИХ СХЕМ 97
4.1 Предлагаемые схемы испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки 97
4.2 Выбор схемы для испытаний тяговых асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки 104
4.3 Разработка методики определения мощности, потребляемой схемой, и потерь в её основных элементах при испытании асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки...^................ 105
4.4 Применение разработанных методик определения мощности для уточнения математической модели процесса испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки т формирования алгоритмов выбора коммутационного оборудования и схемы испытаний 125
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 132
5 АЛГОРИТМ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ МЕТОДОМ ИХ ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ : 134
5.1 Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса.. 134
5.2 Измерение сопротивления обмоток постоянному току 137
5.3 Прокрутка двигателей 140
5.4 Испытание электрической прочности междувитковой изоляции 142
5.5 Определение тока и потерь холостого хода 144
5.6 Определение тока и потерь короткого замыкания 145
5.7 Испытание на нагревание 147
5.8 Испытание при повышенной частоте вращения 150
5.9 Испытание электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса 151
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 155

6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ 156
6.1 Расчет затрат на выполнение НИОКР 157
6.2 Расчет затрат на материалы и комплектующие изделий для создания схемы испытаний асинхронных тяговых двигателей 165
6.3 Расчет амортизационных отчислений 171
6.4 Расчеты по оплате труда основных работников для изготовления схе¬мы испытаний 173
6.5 Расчет затрат на энергетические ресурсы 175
6.6 Сводная таблица расходов на изготовление, проектирование схем испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки 178
6.7 Расчет экономической эффективности, срока окупаемости и чистого дисконтированного дохода схем испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки 180
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6 186

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
К основным результатам выполненного исследования можно отнести:
1) сформирована математическая модель процесса испытаний асинхронных тя¬говых двигателей методом взаимной нагрузки при их питании от частотных преобра¬зователей в условиях локомотивных депо. Математическая модель позволяет оценить эффективность применения метода взаимной нагрузки для различных типов асин¬хронных двигателей, определить требуемую величину мощности питающей сети, коммутационного, испытательного и защитного оборудования;
2) разработаны усовершенствованные схемы испытаний асинхронных тяговых двигателей (защищенные патентами РФ), позволяющие проводить необходимые испытания в соответствии с условиями работы на локомотивах и обеспечить вы¬сокую энергетическую эффективность процесса испытаний: схема с одним преоб¬разователем частоты с возможностью рекуперации; схема с двумя преобразователями частоты без возможности рекуперации, связанные общей шиной постоянного тока; схема с одним неуправляемым выпрямителем и двумя управляемыми выпрямитель- инверторами, связанными общей шиной постоянного тока (схема с нестандартным преобразователем частоты);
3) проведены экспериментальные исследования на физической модели испыта-тельной станции асинхронных тяговых двигателей, которые позволили подтвердить достоверность полученных результатов математического моделирования. Относи¬тельное расхождение мощности по результатам моделирования и эксперимента не превышает 7 % для рассматриваемых режимов работы: от холостого хода до номи¬нальной нагрузки асинхронного двигателя;
4) разработана методика определения мощности и потерь в основных элементах схем испытаний в широком диапазоне нагрузки испытуемого двигателя. Методики могут быть использованы на этапе проектирования испытательных станций для опре¬деления мощности, потребляемой из сети в процессе испытаний под нагрузкой, а так¬

188
же определения параметров преобразователей частоты для различных типов испыту¬емых двигателей в условиях локомотивных депо;
5) составлен алгоритм выбора схемы для испытаний асинхронных тяговых дви-гателей методом взаимной нагрузки с учетом возможности реализации рекуперации преобразователем частоты, номинальной частоты питания испытуемого двигателя, мощности сети и технико-экономической целесообразности схемы;
6) разработан алгоритм проведения испытаний асинхронных тяговых двигате¬лей методом взаимной нагрузки для предлагаемых в работе схем испытаний, который учитывает рекомендации ГОСТ 11828-86, ГОСТ 7217-87;
7) выполнена оценка экономической эффективности предлагаемых методов и средств испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов. Рассчитаны сроки окупаемости и чистый дисконтированный доход.