Підвищення надійності електродвигунів компресорів електропоїздів постійного струму
Loading...
Date
2012
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract
UKR: Дисертація присвячена підвищенню надійності електродвигунів компресорів електрорухомого складу шляхом забезпечення нормованих значень нагрівання ізоляції в реальних умовах експлуатації і удосконалення системи захисту якірного кола електродвигуна від надмірних струмів, які можуть викликати нагрівання ізоляції більше допустимих значень.
Пропонується, на відміну від попередніх досліджень, процес пуску розглядати таким, що складається з двох етапів. В роботі проведено дослідження по визначенню значень струмів на кожному з цих етапів і впливу тривалості етапів на нагрівання ізоляції. Для теоретичних досліджень автором запропонована математична модель, адекватність якої підтверджена тим, що різниця між параметрами, які отримані з допомогою цієї моделі та експериментально (шляхом осцилографування), знаходиться в межах до 5 %.
Отримані залежності тривалості першого та другого етапів пуску, а також значень струму якоря на цих етапах при різних умовах: різних значеннях напруги в контактній мережі, температурі навколишнього середовища, тиску в пневмомережі та значенням моменту на валу двигуна після закінчення пуску.
Експериментально та теоретично доведено, що в окремих випадках захист електродвигуна з допомогою теплового реле ТРВ-8,5 не забезпечується.
З допомогою теплової моделі досліджені процеси нагрівання ізоляції обмотки якоря під час пуску та подальшої роботи електродвигуна компресора при різних можливих режимах та умовах.
Результати досліджень, що отримані за допомогою математичної та теплової моделей використані для програмування нового пристрою захисту електродвигуна компресора від перенавантажень. Запропонований пристрій захисту безвідмовно протягом декількох років працює на реальному електропоїзді.
RUS: Диссертация посвящена повышению надежности электродвигателей ком-прессоров электроподвижного состава путём обеспечения рациональных значений нагревания изоляции в реальных условиях эксплуатации и усовершенствования системы защиты якорной цепи электродвигателя от чрезмерных токов, которые могут вызвать нагревание изоляции больше нормированных значений. Проведен анализ выхода из строя электродвигателей компрессоров на электропоездах постоянного тока серии ЭР-1, 2 по причине пробоя изоляции обмоток якоря и полюсов. Как показывает обзор литературы по теме диссертационной работы, проведенный автором, до теперешнего времени влияние про-цесса пуска на нагревание изоляции обмоток якоря и полюсов в полной мере не исследовано, особенно это относится к рассмотрению процесса пуска как такового. Автор, в отличие от предыдущих исследований, предлагает процесс пуска рассматривать состоящим из двух этапов. Первый этап пуска – напряжение на электродвигатель подано, а его вал не вращается в течении некоторого времени. Второй этап – вал электродвигателя трогается и начинает набирать обороты до установившегося значения угловой скорости. В работе проведено исследование по определению значений токов на каждом из этих этапов и влиянию длительности этапов на нагревание изоляции. Для этого вначале проведено экспериментальное исследование процессов пуска электродвигателя компрессора на реальном электропоезде путем осциллографирования этого процесса с помощью современного измерительного комплекса с использованием датчиков напряжения (тип LEM CV4-6000) и тока (тип LEM LT100-8/SP30). Для теоретических исследований автором предложена математическая модель, адекватность которой подтверждена тем, что расхождение параметров, полученных путем осциллографирования и с помощью математической модели находится в пределах до 5 %. Для получения численных значений при исследовании процессов пуска на указанных двух этапах с помощью математической модели используется метод Рунге-Кутта-Фелберга. Получены зависимости тока якоря на первом и втором этапах пуска при разных условиях: разных значениях напряжения в контактной сети, температуры окружающей среды, давления в пневматической сети. Получены также зависимости длительности первого и второго этапов пус-ка от указанных условий. Установлено, что в реальных условиях эксплуатации длительность первого этапа пуска составляет от 19 до 74 мс, однако, несмотря на относительно малое значение, токи, возникающие на первом этапе, существенно влияют на эффективное значение тока за всё время пуска и соответственно существенно влияют на нагревание изоляции. Так увеличение длительности первого этапа пуска до 30 % по сравнению с пуском электродвигателя при номинальном напряжении в контактной сети и нормальных внешних условиях увеличивает эквивалентный ток за всё время пуска до 9,1 %. Установлены зависимости между длительностью первого этапа и значени-ем момента на валу двигателя после окончания пуска. Экспериментальные и теоретические исследования показали, что в отдельных случаях защита электродвигателя с помощью теплового реле ТРВ-8,5 не обеспечивается. С помощью тепловой модели исследованы процессы нагревания изоляции обмотки якоря во время пуска и дальнейшей работы электродвигателя компрес-сора при номинальной нагрузке на его валу и при бо́льших нагрузках, что воз-можно при реальных условиях эксплуатации. Доказано, что в эксплуатации возможны режимы работы, при которых из – за перегрева изоляции срок её службы снижается до 4,8 лет, что соответствует статистическим данным. Установлена зависимость времени, за которое протекание тока определён-ного значения приводит к максимально допустимому нормированному нагреванию изоляции обмоток якоря от этого тока при наиболее неблагоприятной температуре окружающей среды – +40 ˚С. Эта зависимость использована для программирования предложенного автором нового устройства защиты якорных цепей на базе современных микроконтроллеров. Предложенное автором устройство защиты от перегрузок электродвигателя компрессора безотказно в течение нескольких лет работает на реальном электропоезде. Проведено технико – экономическое обоснование внедрения результатов работы.
ENG: The dissertation paper is devoted to improving the reliability of electromotor compressors of rolling stock by providing normative values of heat insulation under real operating conditions and improve protection anchor range from excessive electric currents that can cause heat insulation more acceptable values. Proposed, in contrast to previous studies, the process of starting to consider as being composed of two stages. In this paper a study to determine the values of currents at each of these phases and the influence of the duration of the stages of heat insulation. For theoretical investigations of the author to proposed mathematical model, whose adequacy is confirmed that the difference between the parameters obtained using this model and experimentally (by oscillography) is within 5%. Dependences of the duration of the first and second stages of start-up and current values of anchor on these stages under different conditions: different values of voltage in the contact system, ambient temperature, air pressure in the pneumatic system and the value of the moment on the shaft of the electric motor after starting. Experimentally and theoretically shown that in some cases protection of the electric motor with thermal relay ТРВ-8, 5 is not provided. With the thermal model the processes of heat insulation of armature winding during start-up and subsequent operation of the electric motor of compressor for various possible modes and conditions are investigated. The research results, obtained by using mathematical and thermal models, used for programming a new protection device of electric motor compressor from overload. The proposed protection device flawlessly for several years working on real electric rolling stock.
RUS: Диссертация посвящена повышению надежности электродвигателей ком-прессоров электроподвижного состава путём обеспечения рациональных значений нагревания изоляции в реальных условиях эксплуатации и усовершенствования системы защиты якорной цепи электродвигателя от чрезмерных токов, которые могут вызвать нагревание изоляции больше нормированных значений. Проведен анализ выхода из строя электродвигателей компрессоров на электропоездах постоянного тока серии ЭР-1, 2 по причине пробоя изоляции обмоток якоря и полюсов. Как показывает обзор литературы по теме диссертационной работы, проведенный автором, до теперешнего времени влияние про-цесса пуска на нагревание изоляции обмоток якоря и полюсов в полной мере не исследовано, особенно это относится к рассмотрению процесса пуска как такового. Автор, в отличие от предыдущих исследований, предлагает процесс пуска рассматривать состоящим из двух этапов. Первый этап пуска – напряжение на электродвигатель подано, а его вал не вращается в течении некоторого времени. Второй этап – вал электродвигателя трогается и начинает набирать обороты до установившегося значения угловой скорости. В работе проведено исследование по определению значений токов на каждом из этих этапов и влиянию длительности этапов на нагревание изоляции. Для этого вначале проведено экспериментальное исследование процессов пуска электродвигателя компрессора на реальном электропоезде путем осциллографирования этого процесса с помощью современного измерительного комплекса с использованием датчиков напряжения (тип LEM CV4-6000) и тока (тип LEM LT100-8/SP30). Для теоретических исследований автором предложена математическая модель, адекватность которой подтверждена тем, что расхождение параметров, полученных путем осциллографирования и с помощью математической модели находится в пределах до 5 %. Для получения численных значений при исследовании процессов пуска на указанных двух этапах с помощью математической модели используется метод Рунге-Кутта-Фелберга. Получены зависимости тока якоря на первом и втором этапах пуска при разных условиях: разных значениях напряжения в контактной сети, температуры окружающей среды, давления в пневматической сети. Получены также зависимости длительности первого и второго этапов пус-ка от указанных условий. Установлено, что в реальных условиях эксплуатации длительность первого этапа пуска составляет от 19 до 74 мс, однако, несмотря на относительно малое значение, токи, возникающие на первом этапе, существенно влияют на эффективное значение тока за всё время пуска и соответственно существенно влияют на нагревание изоляции. Так увеличение длительности первого этапа пуска до 30 % по сравнению с пуском электродвигателя при номинальном напряжении в контактной сети и нормальных внешних условиях увеличивает эквивалентный ток за всё время пуска до 9,1 %. Установлены зависимости между длительностью первого этапа и значени-ем момента на валу двигателя после окончания пуска. Экспериментальные и теоретические исследования показали, что в отдельных случаях защита электродвигателя с помощью теплового реле ТРВ-8,5 не обеспечивается. С помощью тепловой модели исследованы процессы нагревания изоляции обмотки якоря во время пуска и дальнейшей работы электродвигателя компрес-сора при номинальной нагрузке на его валу и при бо́льших нагрузках, что воз-можно при реальных условиях эксплуатации. Доказано, что в эксплуатации возможны режимы работы, при которых из – за перегрева изоляции срок её службы снижается до 4,8 лет, что соответствует статистическим данным. Установлена зависимость времени, за которое протекание тока определён-ного значения приводит к максимально допустимому нормированному нагреванию изоляции обмоток якоря от этого тока при наиболее неблагоприятной температуре окружающей среды – +40 ˚С. Эта зависимость использована для программирования предложенного автором нового устройства защиты якорных цепей на базе современных микроконтроллеров. Предложенное автором устройство защиты от перегрузок электродвигателя компрессора безотказно в течение нескольких лет работает на реальном электропоезде. Проведено технико – экономическое обоснование внедрения результатов работы.
ENG: The dissertation paper is devoted to improving the reliability of electromotor compressors of rolling stock by providing normative values of heat insulation under real operating conditions and improve protection anchor range from excessive electric currents that can cause heat insulation more acceptable values. Proposed, in contrast to previous studies, the process of starting to consider as being composed of two stages. In this paper a study to determine the values of currents at each of these phases and the influence of the duration of the stages of heat insulation. For theoretical investigations of the author to proposed mathematical model, whose adequacy is confirmed that the difference between the parameters obtained using this model and experimentally (by oscillography) is within 5%. Dependences of the duration of the first and second stages of start-up and current values of anchor on these stages under different conditions: different values of voltage in the contact system, ambient temperature, air pressure in the pneumatic system and the value of the moment on the shaft of the electric motor after starting. Experimentally and theoretically shown that in some cases protection of the electric motor with thermal relay ТРВ-8, 5 is not provided. With the thermal model the processes of heat insulation of armature winding during start-up and subsequent operation of the electric motor of compressor for various possible modes and conditions are investigated. The research results, obtained by using mathematical and thermal models, used for programming a new protection device of electric motor compressor from overload. The proposed protection device flawlessly for several years working on real electric rolling stock.
Description
Захист...2012 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
служби електродвигуна компресора електрорухомого складу, перший та другий етапи пуску, теплове реле, еквівалентний пусковий струм, математична та теплова моделі, теорія нагрівання електричних машин, нагрівання ізоляції, надійність, пристрій на сучасному мікроконтролер, срок службы электродвигателя компрессора электроподвижного состава, первый и второй этапы пуска, тепловое реле, эквивалентный пусковой ток, математическая и тепловая модели, теория нагревания электрических машин, нагревание изоляции, надёжность, устройство на современном микроконтроллере, the life of the electric motor compressor of rolling stock, first and second stages of start-up, thermal relays, equivalent inrush current, mathematical and thermal models, the theory of heating of electrical machines, іheat insulation, reliability, the device modern microcontroller, КАЕ
Citation
Краснов Р. В. Підвищення надійності електродвигунів компресорів електропоїздів постійного струму : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.09. Дніпропетровськ, 2012. 25 с.