РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО И ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТОКА

Краткое содержание

Основний зміст роботи

У вступі  обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та визначено основні задачі наукових досліджень,  викладено суть наукової проблеми, наукову новизну і практичне значення результатів роботи, наведено данні про їх публікацію, особистий внесок здобувача і апробацію дисертації.

У першому розділі виконано аналіз стану проблеми вибору раціональних схем та режимів навантажування тягових електричних машин для проведення їх приймально-здавальних випробувань.  Надана загальна характеристика системи приймально-здавальних випробувань електромашин тягового рухомого складу магістрального та промислового залізничного транспорту, розглянуто найбільш відомі методи навантажування електричних машин постійного струму паралельного та послідовного збудження.

Аналіз технічного стану парку електрорухомого складу залізниць та тягового рухомого складу промислового залізничного транспорту України показує, що найбільша кількість випадків відмов тягового рухомого складу пов’язано з відмовами апаратури в силових схемах, у тому числі тягових двигунів та допоміжних електромашин. Щорічно внаслідок відмови тягових двигунів виконують неплановий ремонт близько п’ятисот, а внаслідок відмови допоміжних машин – більше двохсот електровозів. Понад 20 % випадків непланового ремонту електровозів пов’язано з відмовами тягових двигунів та понад 10 % випадків – з відмовами допоміжних електромашин. На деяких залізницях України частка відмов тягових двигунів, які спричинили неплановий ремонт електровозів, досягає 40 %, а частка відмов допоміжних електромашин – 80 %. Така ситуація пов’язана з низькою якістю не тільки ремонту, а й післяремонтних випробувань, метою яких і є визначення якості ремонту.

Якісне проведення післяремонтних випробувань тягових електромашин можливе тільки під навантажуванням. Аналіз робіт у галузі створення систем навантажування електричних машин постійного струму показує, що існують три основних способи навантажування випробуваних електромашин: безпосереднє навантажування; взаємне навантажування; динамічне навантажування. Системи безпосереднього навантажування являють собою навантажувальні пристрої у вигляді: механічного гальма; генератора та навантажувального резистора; генератора та пристрою рекуперації енергії в мережу. Суттєвим недоліком усіх трьох видів безпосереднього навантажування є необхідність наявності джерела для живлення випробуваного двигуна потужністю, яка дорівнює типовій потужності електромашини. Визначним недоліком двох перших способів безпосереднього навантажування, що робить їх застосування неприйнятним для випробувань електричних машин великої потужності, є їх низька енергетична ефективність. Використання третього способу потребує наявності, крім джерела, ще й веденого трифазного інвертора з потужністю, яка дорівнює потужності випробуваної тягової електромашини.

Суттєвою перевагою випробування тягових електромашин методом динамічного навантажування є відсутність необхідності агрегування електромашин для проведення випробувань та зменшення трудомісткості цього процесу. Однак ціла низка пунктів програми приймально-здавальних випробувань електромашин тягового рухомого складу, визначених у ГОСТ  2582-81 «Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия», може бути виконана тільки шляхом їх безперервного статичного навантажування.

Високу енергетичну ефективність при відносно невисокій приведеній сумарній потужності джерел живлення забезпечують системи взаємного навантажування із замкненим циклом енергообміну між випробуваними електромашинами. Джерела зовнішнього живлення у таких системах навантажування потрібні тільки для компенсації втрат потужності у електромашинах, що випробовуються.

Для електромашин постійного струму загальнопромислового призначення найбільш відомими є способи взаємного навантажування за схемеми Блонделя, Гопкінсона, Пот’є, Хетчинсона і Каппа. Основним недоліком цих схем є незалежне збудження випробуваних електромашин. Для випробування тягових електричних машин послідовного збудження цей недолік стає досить суттєвим.

На станціях для випробування електричних машин тягового рухомого складу магістрального та промислового транспорту, як правило, використовується схема взаємного навантажування з вольтододавальною машиною та лінійним генератором, на деяких підприємствах – схема з вольтододавальною машиною та додатковим приводним двигуном. Суттєвими недоліками першої схеми є необхідність у високовольтному джерелі напруги та розбіжність теплових навантажень обмоток якорів пари випробуваних електромашин. Спільним недоліком обох схем є використання двох джерел живлення, що потребує запасу їх сумарної потужності, зумовленого можливим розходженням магнітних характеристик випробуваних електромашин.

Енергоємність випробувань тягових електромашин визначається тривалістю випробувань та сумарною потужністю, що споживається з мережі для компенсації втрат потужності у випробуваних тягових електромашинах та перетворювачах випробувальної системи. Сумарні втрати у випробуваних тягових електромашинах – це ті втрати, які не залежать або, принаймні, не повинні залежати ні від структури випробувального стенда, ні від характеристик його джерел та перетворювачів. Більше того, умови проведення випробувань повинні забезпечувати повну відповідність характеру втрат потужності у тягових електромашинах реальним умовам експлуатації. Сумарні втрати потужності у джерелах та перетворювачах є втратами, пов’язаними із забезпеченням випробувань, і повинні бути мінімізовані.

У другому розділі сформульовано загальні принципи взаємного навантажування та наведено обґрунтування методу синтезу систем взаємного навантажування електричних машин постійного струму, за допомогою якого визначений і систематизований повний ряд принципово можливих варіантів електромеханічної схеми системи взаємного навантажування електричних машин постійного та пульсуючого струму тягового рухомого складу магістрального та промислового транспорту.

Енергетичні принципи взаємного навантажування електромашин постійного струму сформульовані на підставі результатів аналізу запропонованої в дисертації універсальної схеми перетворення потужностей в основному контурі системи взаємного навантажування будь-якої структури. Схему перетворень наведено на рис. 1.

Основний контур перетворень містить: електричні частини двигуна ЭД і генератора ЭГ, механічні частини двигуна МД і генератора МГ, перетворювачі електричної та механічної потужностей ПЭ і ПМ відповідно, джерела електричної та механічної потужностей ИЭ і ИМ відповідно.