Статьи

Система для испытания электрических машин подвижного состава

«Система для испытания электрических машин подвижного состава
16-03-2016 1 944 0

Цель. Определение рациональных вариантов системы взаимного нагружения тяговых электрических машин постоянного и пульсирующего тока, обеспечивающих

Цель. Определение рациональных вариантов системы взаимного нагружения тяговых электрических машин постоянного и пульсирующего тока, обеспечивающих высокую энергетическую эффективность и качество приемосдаточных испытаний тяговых электромашин при минимальной себестоимости испытательной станции. Методика. Проанализировано двадцать принципиально возможных вариантов системы взаимного нагружения тяговых электромашин, определены три рациональные альтернативы, которые характеризуются наибольшей энергетической эффективностью, минимальной суммарной мощностью источников питания испытательного стенда и наиболее высоким качеством испытаний. Результаты. Проведен анализ каждого из рациональных вариантов на предмет возможности технической реализации для отдельных кластеров типового ряда тяговых электромашин. Научная новизна. Анализ реального состояния станций для испытаний тяговых электрических машин показывает несоответствие современным требованиям организации ремонта и технического контроля на большинстве ремонтных предприятий. На испытательных станциях используются стенды взаимной нагрузки с низкой энергетической эффективностью, «ручными» способами регулирования, контроля и регистрации данных. Необходимость в модернизации существующих станций для испытания тяговых электрических машин в настоящий момент является очевидной. Однако вопрос о том, какой из вариантов системы нагружения будет наиболее рациональным для определенного типа испытуемых тяговых электромашин, остается актуальным. Практическая значимость. В качестве критерия целесообразности использования определенных рациональных альтернатив будем рассматривать прежде всего простоту их технической реализации на испытательных станциях.

Введение

Требования соответствующих стандартов и правил ремонта тягового и моторвагонного подвижного состава магистрального и промышленного транспорта предусматривают проведение приемосдаточных испытаний каждой вновь изготовленной или вышедшей из ремонта тяговой электромашины. Эти испытания представляют собой важную и неотъемлемую часть технологического процесса изготовления или ремонта электромашины, материальные затраты на которую входят в себестоимость конечной продукции. Качество технического контроля, проводимого при приемо-сдаточных испытаниях тяговых электрических машин, в конечном счете определяет надежность и безотказность всего тягового средства, а следовательно, и экономическую эффективность железнодорожных перевозок магистрального и промышленного транспорта. Испытания на нагрев, проверка частоты вращения и реверсирования, а также проверка коммутации требуют обязательного нагружения тяговых электромашин на испытательном стенде. Наибольшая энергетическая эффективность приемо-сдаточных испытаний может быть достигнута путем использования систем взаимного нагружения тяговых электромашин.

Цель

Целью является определение рациональных вариантов системы взаимного нагружения тяговых электрических машин постоянного и пульсирующего тока, обеспечивающих высокую энергетическую эффективность, а также качество приемо-сдаточных испытаний тяговых электромашин при минимальной себестоимости испытательной станции. В соответствии с этим в работе представлены три системы взаимного нагружения тяговых электрических машин, использование которых позволит улучшить энергоеффективность и другие показатели.

Методика

В ходе анализа возможных вариантов системы взаимного нагружения тяговых электромашин были определены три рациональные альтернативы, которые характеризуются наибольшей энергетической эффективностью, минимальной суммарной мощностью источников питания испытательного стенда и наиболее высоким качеством испытаний.

Результаты

Вариант 1. Схема системы взаимного нагружения приведена на рис. 1 и включает испытуемые тяговые электромашины М и в, источник напряжения ИН и регулятор ослабления поля РОП. Все потери мощности в испытуемых электромашинах в такой системе взаимного нагружения покрываются одним источником мощности ИН. Электрические потери покрываются прямым способом, а потери холостого хода — косвенным, за счет создания небалансного электромагнитного момента испытуемых двигателя М и генератора Э.


Преимуществами данной схемы являются:



  • наличие только одного источника мощности;
  • отсутствие источников высокого напряжения;
  • Одинаковая тепловая нагрузка обмоток якорей.
К недостаткам данной схемы относятся;



  • расхождение тепловых нагрузок обмоток возбуждения;
  • необходимость в системе автоматического регулирования.
Система автоматического управления режимом взаимного нагружения должна быть двухконтурной. Первый контур должен обеспечивать стабилизацию тока нагрузки, а второй — стабилизацию частоты вращения. Структурная схема системы автоматического управления представлена на рис. 2. Первый контур автоматического регулирования включает в себя: задатчик тока ЗТ; датчик тока ДТ; звено сравнения токов ЗС1; астатический элемент АЭ1; регулятор напряжения PH; обмотки двигателя и генератора ОД Г.

Второй контур автоматического регулирования включает в себя: задатчик угловой скорости ЗУС; датчик угловой скорости ДУС; звено сравнения ЗС2; астатический элемент АЭ2; регулятор ослабления поля РОП; обмотку возбуждения генератора О В Г.

Управляющей координатой в первом контуре является напряжение на задатчике тока изт, а управляемой координатой — ток якоря испытуемого двигателя (напряжение на выходе датчике тока ида). Напряжение управления и определяет величину напряжения источника Ии и, в свою очередь, связано с напряжением рассогласования Ди, принятым законом регулирования.

Управляющей координатой во втором контуре является напряжение задатчика скорости изс, а управляемой координатой — угловая скорость вращения вала двигателя ш (напряжение на выходе датчика скорости идо). Напряжение управления и определяет величину коэффициента ослабления поля, небалансный электромагнитный момент и, в свою очередь, связано с напряжением рассогласования Ли, принятым законом регулирования.


Данный вариант системы взаимного нагружения является рациональным для всех типов электрических машин тягового подвижного состава, как для тяговых электрических двигателей, так и для вспомогательных электрических машин.

Вариант 2. Главной особенностью данного варианта является наличие механического конвертора. Схема системы взаимного нагружения приведена на рис. 3. Схема включает в себя источник напряжения ИН, испытуемые тяговые электромашины М и й, механический вариатор В. Все потери мощности в испытуемых электромашинах в такой системе взаимного нагружения, как и в системе нагружения по варианту 1, покрываются одним источником мощности ИН.

Электрические потери покрываются прямым способом, а потери холостого хода — косвенным.

Регулирование режима взаимного нагружения в данной схеме осуществляется как за счет изменения напряжения источника, так и за счет передаточного отношения механического конвертора. Для этого последний должен быть выполнен регулируемым, т. е. в виде вариатора.

Преимуществами данной схемы являются :

  • наличие только одного источника мощности;
  • отсутствие источника высокого напряжения;
  • одинаковая тепловая нагруженность обмоток якорей и об¬моток возбуждения пары испытуемых тяговых электро¬машин.
К недостаткам схемы относятся:

  • относительная сложность регулирования передаточного отношения вариатора;
  • необходимость в системе автоматического управления.
Выполнение вариаторов с большой мощностью, соответствующей реальной мощности тяговых электродвигателей подвижного состава магистрального и промышленного транспорта, весьма затруднительно, в связи с чем данная схема является рациональной только для вспомогательных электрических машин.

Функциональная схема системы автоматического регулирования для варианта 2 приведена на рис. 4. Первый контур системы аналогичен контуру стабилизации тока по варианту 1. Второй контур отличается от варианта 1 наличием регулятора передаточного отношения РПО (вместо регулятора ослабления поля РОП), который соединен с валами двигателя и генератора ВДГ. Управляющим воздействием в контуре регулирования частоты вращения (второй контур) является коэффициент передачи угловой скорости вариатора р.


Вариант 3. Главной особенностью данного варианта является наличие как механического конвертора, так и регулятора ослабления поля. Схема системы взаимного нагружения (рис. 5) включает в себя испытуемые электромашины М и Э, дополнительный приводной двигатель МД, постоянный редуктор Р, регулятор ослабления поля РОП.



Все потери мощности в испытуемых электромашинах в такой системе взаимного нагружения покрываются одним источником механической мощности — двигателем МД. Потери холостого хода покрываются прямым способом, а электрические потери — косвенным, за счет создания небалансной электродвижущей силы генератора С и двигателя М.

В качестве источника момента в данной схеме может быть использован либо частотноуправляемый асинхронный привод, либо нерегулируемый асинхронный привод. В последнем случае для регулирования частоты вращения, которое может быть ступенчатым, необходимо использовать механическую коробку передач.

Для испытания по данной схеме тяговых электрических двигателей, используемых в односторонних тяговых передачах (пассажирские электровозы, электропоезда, тепловозы), приводной двигатель МД через коробку передач должен быть соединен непосредственно с редуктором Р.

К преимуществам данной схемы относятся:

  • один источник механической мощности;
  • отсутствие источников высокого напряжения;
  • одинаковая тепловая нагрузка обмоток якорей;
  • малое расхождение тепловых нагрузок обмоток возбуждения.
К недостаткам схемы относятся:

  • наличие регулятора поля и преобразователя мощности;
  • необходимость в системе автоматического регулирования;
  • необходимость в коробке передач или частотноуправляемом асинхронном приводе.

Данная схема является наиболее рациональной для тяговых электрических двигателей электропоездов и тепловозов.

Частота вращения испытуемых электромашин регулируется системой управления дополнительным приводным двигателем МД или с помощью коробки передач.

Функциональная схема системы автоматического регулирования тока нагрузки испытуемых электромашин приведена на рис. 6. Управляющим воздействием в контуре регулирования тока нагрузки испытуемых электромашин является коэффициент ослабления поля генератора.

Передаточное число (постоянное) механического редуктора Р подбирается таким, чтобы при максимально возможном расхождении магнитных характеристик испытуемых электромашин небалансная ЭДС при наименьшей испытательной частоте вращения и выключенном регуляторе ослабления поля РОП обеспечивала максимальный ток нагрузки испытуемых электромашин.

Выводы

Использование рассмотренных систем взаимного нагружения тяговых электрических машин позволит существенно снизить себестоимость новых испытательных станций (или затраты на модернизацию существующих), повысить энергетическую эффективность и качество приемо-сдаточных испытаний электромашин тягового и моторвагонного подвижного состава магистрального и промышленного транспорта.

Вас заинтересуют так же следующие новости

Больше интересного

Комментарии (0)
Добавить комментарий
Прокомментировать
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
ИЛИ ЧЕРЕЗ СОЦ. СЕТЬ