Самер Азмі Махмуд Абдель-Жавад. Керування живленням рудникових контактних електровозів при запобіганні електричних розрядів у струмознімальних контактах

Короткий опис

Самер Азмі Махмуд Абдель-Жавад. Керування живленням рудникових контактних електровозів при запобіганні електричних розрядів у струмознімальних контактах : Дис... канд. наук: 05.09.03 2005

Самер Азмі Махмуд Абдель-Жавад. Керування живленням рудникових контактних електровозів при запобіганні електричних розрядів у струмознімальних контактах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 Електротехнічні комплекси та системи. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2005.
Дисертація присвячена створенню методів і алгоритмів керування живленням рудникових контактних електровозів при застосуванні засобів запобігання електричних розрядів в струмознімальних пристроях за принципом випереджувального переривання електричного живлення. Завдяки дослідженням в роботі встановлено, що для необхідного обмеження негативного впливу переривчатого характеру напруги електричного живлення на роботу контактного електровоза при застосуванні засобів запобігання електричних розрядів доцільно використання згладжувального фільтра і роздільного вентильного шунтування якоря і обмотки збудження тягових електродвигунів. В результаті запропонована методика реалізації найбільшої індуктивності згладжувального дроселя при заданих обмеженнях його габаритних і електричних параметрів. Обґрунтовано алгоритм керування живленням рудникового електровозу на підставі прогнозування з використанням режиму переривчатого живлення тягових двигунів з примусовим упереджувальним перериванням струму, споживаного від контактної мережі. Розроблена структура системи керування живленням рудникових електровозів від контактної мережі в умовах шахт, небезпечних по газу і пилу.

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій вирішена науково-практична задача забезпечення управління живлення рудникових електровозів при запобіганні електричних розрядів у струмознімальних контактах. Вона полягає у встановленні нових закономірностей, що визначають процеси в тягових електричних двигунах і струмознімальних пристроях при запобіганні електричних розрядів і обґрунтування принципів шунтування живленням і параметрів систем управління на підставі запобігання дугоутворення і пристроїв примусового переривання струму. Вирішення вказаної науково-технічної задачі дозволяє реалізувати розроблені в дисертації способи забезпечення безпечного застосування контактного електроживлення, підвищити технічно-економічну ефективність і безпеку підземного електричного транспорту.
Основні висновки і результати роботи полягають у наступному:
1. Переривчастий характер напруги живлення тягових електродвигунів має вплив на продуктивність транспорту електровоза і обумовлює значні коливання основного магнітного потоку, знижує надійність і працездатність електродвигунів;
2. В якості узагальненої величини, що характеризує діапазон умов роботи тягових електродвигунів в системі контактного електроживлення, може бути прийнята щільність напруги. Умовам роботи тягових електродвигунів рудникових електровозів при контактному електроживленні відповідає діапазон значень щільність напруги в межах 1,068 ... 1,76. За допомогою отриманої математичної моделі встановлено, що струмоприймач повинен забезпечувати щільність напруги не більше 1,15.
3. Отримані розмірні співвідношення дроселів з феромагнітним осердям одно- і двохстрижневої конструкції дозволяють визначити максимально реалізоване значення індуктивності згладжувального дроселя при заданих обмеженнях габаритних розмірів та електричного опору, обмотувальні дані і розміри магнітопроводу. Отримана аналітична і графічна залежність розмірів дроселя, числа витків і індуктивності обмотки дозволили встановити, що максимальна індуктивність дроселя у разі однострижневої конструкції складає 1 мГн, і двохстрижневої - 3 мГн. Для дроселя без феромагнітного осердя, із врахуванням габаритних і параметричних обмежень, максимальна реалізована індуктивність складає 1,8 мГн. Дослідження процесів в системі електроприводу електровоза при контактній системі живлення і вентильно-дросельною системою згладжування із застосуванням отриманої математичної моделі показує, що мінімальне значення індуктивності, при якій забезпечується вимога до максимально допустимого рівня пульсацій при найменшій щільності напруги тягових двигунів, складає 16,2 мГн. Отже, відомі способи обмеження пульсацій струму не можуть забезпечити необхідні умови роботи електродвигунів рудникових контактних електровозів;
4. Необхідна якість комутації і надійність експлуатації тягових електродвигунів рудникових контактних електровозів досягається при застосуванні способу згладжування пульсацій основного магнітного потоку шляхом роздільного вентильного шунтування обмоток якоря і збудження двигунів. Дослідження, виконані за допомогою розробленої математичної моделі, показали, що рівень пульсацій магнітного потоку в даному випадку у 5,76 рази менше ніж при використанні відомих методів;
5. Встановлені вимоги до максимально допустимої тривалості паузи напруги живлення тягових електродвигунів з врахуванням обмеження пульсацій основного магнітного потоку. Залежно від заданого рівня пульсацій потоку, тривалість паузи не повинна перевищувати 0,11-0,20 с. Вказана величина повинна нормуватися для умов роботи струмоприймачів і контактних мереж вугільних шахт. Отримані результати створюють об'єктивні передумови для вдосконалення конструкції струмоприймачів рудникових електровозів і шахтних контактних мереж;
6. Застосування диференціальних рівнянь Колмогорова до багатоконтактного струмознімального вузла як до системи з самовідновленням і резервуванням, дозволило встановити максимально допустиму тривалість безперервного функціонування струмознімального вузла без додаткового втручання в процес струмознімання при потрібному рівні надійності струмознімального контакту від числа струмознімальних елементів. Вказаний режим струмознімання може бути реалізований за умови, що час безперервного функціонування струмознімального вузла не буде нижчим за технологічно обґрунтований максимальний час безперервного руху поїзду, з врахуванням коефіцієнта запасу;
7. Алгоритм роботи системи електроживлення може бути побудований так, щоб забезпечувався рух поїзд без обмеження його тривалості і при мінімальному числі струмознімальних елементів. Це досягається за рахунок використання режиму переривчастого живлення тягових електродвигунів з примусовим перериванням струму, споживаного з контактної мережі;
8. Встановлена залежність максимально допустимої тривалості інтервалу живлення від параметрів l і m для струмоприймачів з різним числом контактів. Для реалізованого діапазону значень l і m, залежно від числа контактів в межах n = 3...5, вона складає 4,32 ... 415 с, що суттєво менше необхідногочасу руху електровоза, визначеного технологічними чинниками. Досягнення необхідної тривалості роботи електровоза забезпечується шляхом реалізації алгоритму роботи системи контактного живлення з перериванням подачі напруги в силові кола електровоза і запобігання дугоутворення;
9. Знайдені гранично допустимі значення параметрів інтенсивності порушення і відновлення струмознімальних контактів дозволяють уніфікувати вимоги до параметрів струмоприймачів вузлів струмоприймачів рудникових електровозів;
10. Використання алгоритму примусового переривчастого живлення дозволяє знизити вимоги надійності до елементів системи живлення електроприводу контактних електровозів при використанні пристроїв запобігання дугоутворення.
11. Структура системи управління електроприводом контактних електровозів, що передбачає застосування пристроїв запобігання дугоутворення і пристроїв примусового переривання струму, споживаного системою електроприводу електровоза, дозволяє реалізувати розроблені в дисертації способи забезпечення безпечного застосування контактного електроживлення, підвищити техніко-економічну ефективність і безпеку підземного електричного транспорту.