Визначення раціонального режиму взаємного навантаження тягових двигунів магістральних електровозів
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро
Abstract
UKR: Реальний стан багатьох наявних станцій із випробування тягових електромашин не відповідає су-часним вимогам щодо організації ремонту й технічного контролю. На більшості таких станцій використову-ють стенди взаємного навантаження з низькою енергетичною ефективністю. Основною метою роботи є ви-значення раціонального режиму навантаження тягових електромашин, який забезпечить зниження сумарної потужності джерел живлення випробувальної станції та підвищення енергетичної ефективності і якості ви-пробувань. Методика. Методологічною основою роботи є загальні теоретичні положення й принципи систе-много підходу теоретичної електротехніки, теоретичної механіки, теорії електричних машин та перетворюва-чів. Обґрунтування енергетичних та електромеханічних принципів взаємного навантаження тягових електро-машин виконано з використанням основ узагальнення й систематизації фізичних величин і понять, теорії еле-ктричних кіл, теорії механічних систем, теорії електричних машин. Аналіз теплових процесів та енергетичних показників системи випробування електромашин виконано з використанням теорії нагрівання однорідного твердого тіла та відомих методів розрахунку теплових схем. Результати теоретичних досліджень підтвер-джено експериментально. Результати. Проведений аналіз виразу для визначення коефіцієнта енергетичної ефективності нагрівання обмоток тягових електромашин, отриманого в роботі, показує, що найбільш раціо-нальними під час випробувань на нагрівання тягових двигунів електрорухомого складу магістрального тран-спорту є пусковий струм. Використання цього струму навантаження дозволяє знизити витрати електроенергії на випробування на 20–30 % (порівняно з годинним режимом) без зниження якості випробувань, а також зменшує час випробувань на нагрівання в 3 – 4 рази. Наукова новизна. Науково обґрунтовано доцільність проведення випробувань на нагрівання тягових двигунів магістрального електрорухомого складу за струму навантаження, який дорівнює струму пускового режиму, що забезпечує підвищення енергетичної ефективно-сті випробувань та відповідне зменшення загальних витрат електроенергії на приймально-здавальні випробу-вання. Запропоновано метод аналітичного визначення вагових коефіцієнтів впливу на перевищення темпера-тури обмотки якоря електричних втрат, використання якого дозволяє оцінити вплив режимів взаємного нава-нтаження випробовуваних тягових електромашин на ступінь розбіжності теплових навантажень обмоток їх якорів. Практична значимість. Визначення раціональних режимів взаємного навантаження тягових елект-ричних машин дозволяє зменшити витрати електроенергії та скоротити час на проведення їх випробувань на нагрівання. Крім того, стає можливим запропонувати спосіб оцінювання якості приймально-здавальних випро-бувань тягових електричних машин, у якому враховано ступінь розбіжності теплових навантажень обмоток.
ENG: Purpose. The actual state of many of the existing testing stations for traction electric machines does not meet modern requirements for the organization of repair and technical control. At most of these stations, mutual loading stands with low energy efficiency are used. The purpose of the work is to determine the rational mode of loading electric traction machines, which will ensure a decrease in the total power of the power sources of the test station, an increase in energy efficiency and the quality of tests. Methodology. The methodological basis of the work is the general theoretical provisions and principles of the systematic approach of theoretical electrical engineering, theoret-ical mechanics, the theory of electric machines and converters. The substantiation of the energy and electromechanical principles of mutual loading of traction electric machines is performed using the basics of generalization and system-atization of physical quantities and concepts, the theory of electric circuits, the theory of mechanical systems, and the theory of electric machines. The analysis of thermal processes and energy parameters of the electric machine test system was performed using the theory of heating a homogeneous solid body and known methods of calculating thermal circuits. The results of theoretical studies have been confirmed experimentally. Findings. The analysis of the expression for determining the energy efficiency coefficient of heating the windings of traction electric machines, obtained in the work, shows that the starting current is the most rational when testing the traction motors of electric rolling stock of mainline transport for heating. The use of this load current allows reducing the electricity consumption for tests by 20-30% (compared to the hourly mode) without reducing the quality of tests, as well as reduces the time of heating tests by three to four times. Originality. The expediency of conducting the heating tests of traction motors of main electric rolling stock with a load current equal to the current of the start-up mode has been scientifically substantiated, which ensures the energy efficiency increase of the tests and a corresponding reduction in the total cost of electricity for acceptance tests. The method of analytical determination of the weighting coefficients of influence on the temperature excess of the armature winding of electric losses was proposed, the use of which allows evaluating the influence of the mutual loading modes of the tested traction electric machines on the discrepancy degree of the thermal loads of their armature windings. Practical value. The results of theoretical studies allow determining the rational modes of mutual loading of traction electric machines, which make it possible to reduce the electricity con-sumption for conducting their heating tests and shorten the time of conducting heating tests. In addition, it becomes possible to propose a method of evaluating the quality of acceptance tests of traction electric machines, which takes into account the discrepancy degree in the thermal loads of the windings.
ENG: Purpose. The actual state of many of the existing testing stations for traction electric machines does not meet modern requirements for the organization of repair and technical control. At most of these stations, mutual loading stands with low energy efficiency are used. The purpose of the work is to determine the rational mode of loading electric traction machines, which will ensure a decrease in the total power of the power sources of the test station, an increase in energy efficiency and the quality of tests. Methodology. The methodological basis of the work is the general theoretical provisions and principles of the systematic approach of theoretical electrical engineering, theoret-ical mechanics, the theory of electric machines and converters. The substantiation of the energy and electromechanical principles of mutual loading of traction electric machines is performed using the basics of generalization and system-atization of physical quantities and concepts, the theory of electric circuits, the theory of mechanical systems, and the theory of electric machines. The analysis of thermal processes and energy parameters of the electric machine test system was performed using the theory of heating a homogeneous solid body and known methods of calculating thermal circuits. The results of theoretical studies have been confirmed experimentally. Findings. The analysis of the expression for determining the energy efficiency coefficient of heating the windings of traction electric machines, obtained in the work, shows that the starting current is the most rational when testing the traction motors of electric rolling stock of mainline transport for heating. The use of this load current allows reducing the electricity consumption for tests by 20-30% (compared to the hourly mode) without reducing the quality of tests, as well as reduces the time of heating tests by three to four times. Originality. The expediency of conducting the heating tests of traction motors of main electric rolling stock with a load current equal to the current of the start-up mode has been scientifically substantiated, which ensures the energy efficiency increase of the tests and a corresponding reduction in the total cost of electricity for acceptance tests. The method of analytical determination of the weighting coefficients of influence on the temperature excess of the armature winding of electric losses was proposed, the use of which allows evaluating the influence of the mutual loading modes of the tested traction electric machines on the discrepancy degree of the thermal loads of their armature windings. Practical value. The results of theoretical studies allow determining the rational modes of mutual loading of traction electric machines, which make it possible to reduce the electricity con-sumption for conducting their heating tests and shorten the time of conducting heating tests. In addition, it becomes possible to propose a method of evaluating the quality of acceptance tests of traction electric machines, which takes into account the discrepancy degree in the thermal loads of the windings.
Description
С. Арпуль: ORCID 0000-0003-3698-2627;
А. Афанасов: ORCID 0000-0003-4609-2361;
В. Васильєв: ORCID 0000-0001-7551-2332;
С. Буряк: ORCID 0000-0002-8251-785X; Д. Білухін: ORCID 0000-0002-2791-617X; О. Шаповалов: ORCID 0000-0002-3151-6574
Keywords
випробування, навантаження, коефіцієнт, струм, температура, нагрівання, ефективність, час, напруга, тягова електромашина, режим випробування, coefficient, time, test mode, efficiency, traction electric machine, load, test, heating, current, voltage, temperature, КЕРС, КАТ
Citation
Арпуль С. В., Афанасов А. М., Білухін Д. С., Васильєв В. Є., Шаповалов О. С., Буряк С. Ю. Визначення раціонального режиму взаємного навантаження тягових двигунів магістральних електровозів. Наука та прогрес транспорту. 2022. № 1 (97). С. 13–22. DOI: 10.15802/stp2022/265370.