Контроль теплового состояния тяговых электродвигателей электровозов

Введение………………………………………………………………………………...6
1 Применение асинхронных машин в качестве тяговых на подвижном составе…..8
1.1 Основные достоинства асинхронного тягового электродвигателя…………..8
1.2 Примеры практического применения асинхронных тяговых машин в качестве тяговых на электрическом подвижном составе……………………..9
1.3 Основные причины неисправностей и выхода из строя тяговых асинхронных электродвигателей…………………………………………...…11
2 Анализ теплового состояния тяговых электродвигателей…………………….…14
2.1 Основные причины повышения температуры обмоток тягового асинхронного электродвигателя……………………………………………....15
2.2 Влияние повышения температуры обмоток тягового асинхронного двигателя на параметры его работы…………………………………………..16
2.2.1 Параметры тягового асинхронного электродвигателя, изменяющиеся при повышении температуры обмоток………………………………...16
2.2.2 Исследование влияния температуры обмоток АТЭД на величину критических значений момента и абсолютного скольжения…………19
2.3 Аналитический обзор известных способов измерения температуры вращающихся частей тяговых электродвигателей………………………...…25
3 Контроль теплового состояния асинхронных тяговых электродвигателей в период эксплуатации электровозов……………………………………………….28
3.1 Оценка теплового состояния асинхронного электродвигателя типа НТА-1200 электровоза ЭП10………………………………………………………...28
3.2 Тепловая математическая модель асинхронного тягового двигателя электровоза……………………………………………………………………...30
3.2.1 Общие сведения…………………………………………………………..30
3.2.2 Тепловая математическая модель асинхронного тягового двигателя…………………………………………………………………..31
3.3 Предлагаемая система оценки теплового состояния асинхронного тягового электродвигателя……………………………………………………………….39
4 Технико-экономическое обоснование внедрения системы контроля теплового состояния асинхронного тягового электродвигателя……………………………43
4.1 Общие сведения…43
4.2 Определение величины капитальных вложений …44
4.3 Определение эксплуатационных расходов, связанных с эксплуатацией системы мониторинга теплового состояния остаточного ресурса АТЭД электровоза……………………………………………………………………..48
4.4 Определение величины выгод за счет сокращения неплановых ремонтов АТЭД пассажирского электровоза……………………………………………50
4.5 Определение показателей экономической эффективности от мониторинга теплового состояния остаточного ресурса АТЭД……………………………51
5 Безопасность и экологичность решений проекта…………………………………53
5.1 Общая характеристика электровоза…………………………………………...53
5.2 Анализ потенциальных опасных и вредных факторов при обслуживании электровоза……………………………………………………………………...54
5.3 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов при обслуживании электровоза…………………………………………………………………...…58
5.4 Влияние электровоза на окружающую среду……………………………...…61
5.5 Мероприятия по снижению негативного воздействия на окружающую среду электровоза…………………………………………………………………...…65
5.6 Разработка фрагмента инструкции по охране труда для слесаря-электрика……………………..…………………………………………………66
Заключение…………………………………………………………………………….71
Список использованных источников………………………………………………...73

Весь текст будет доступен после покупки

Тяговые электродвигатели (ТЭД) относятся к наиболее нагруженному оборудованию электровозов с точки зрения комплексного воздействия на них тепловых, электрических, механических и климатических факторов. Поэтому, несмотря на постоянно проводимые мероприятия конструктивно-технологического характера при изготовлении и ремонте локомотивов, уровень повреждаемости ТЭД в эксплуатации хотя и снижается, но остается довольно высоким.
Применение асинхронных тяговых электродвигателей (АТЭД), обладающих рядом известных преимуществ в сравнении с тяговыми двигателями постоянного тока, способствует повышению надежности и экономичности тепловозов, улучшает их тяговые качества. Вместе с этим неисправная работа, либо выход из строя АТЭД приводит не только к его ремонту или замене, но и к значительным финансовым расходам в связи с неопределенным временем простоя тепловоза. Анализ данных различных исследований, позволил сделать вывод, что существенное число неисправностей двигателей прямым или косвенным образом связано с повышенным нагревом его элементов.
Для получения достоверной информации технического состояния и оценки остаточного ресурса электродвигателя в период эксплуатации необходимо иметь информацию о полной картине температурного поля АТЭД. Разработка для железнодорожного транспорта системы, позволяющей отслеживать значения температур всех узлов ТЭД локомотива во время его работы, становится актуальной задачей. Такой мониторинг позволит снизить затраты, связанные с устранением внезапных отказов и постановкой на внеплановые ремонтно-восстановительные работы.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Применение асинхронных машин в качестве тяговых на подвижном составе

1.1 Основные достоинства асинхронного тягового электродвигателя

Массовое применение асинхронных машин в качестве тяговых и вспомогательных электродвигателей на подвижном составе железных дорог является довольно перспективным направлением благодаря ряду их достоинствам.
В сравнении с ТЭД постоянного тока АТЭД превосходит его по ряду показателей.
Электрические машины данного типа имеют более простую конструкцию по сравнению с двигателями постоянного тока. Так, в АТЭД нет тяжелого коллектора, сложной обмотки, которая должна быть тщательно изолирована; не имеется и сложного в эксплуатации щеточного аппарата. Кроме того, ввиду отсутствия коллектора в АТЭД не нужны устройства, облегчающие процесс коммутации, в том числе и добавочные полюсы.
Максимальная частота вращения ротора АТЭД не ограничивается допустимой окружной скоростью коллектора. Вращающееся магнитное поле позволяет обеспечить более высокое использование электромагнитных сил в электродвигателе. Следовательно, масса АТЭД в 1,5-2 раза меньше массы ТЭД постоянного тока аналогичной мощности, для его изготовления расходуется меньше дефицитных материалов. Снижение массы ТЭД является весьма важным еще и потому, что приводит к уменьшению воздействия неподрессоренных масс локомотива на железнодорожный путь.
Короткозамкнутый АТЭД превосходит ТЭД постоянного тока в двое по моменту инерции ротора. Применение АТЭД снижает удельный расход электроэнергии более чем на 15 %, что позволяет обеспечить существенную экономию электрической энергии.
Стоимость короткозамкнутого АТЭД в 2-3 раза меньше, чем стоимость ТЭД постоянного тока [1].
АТЭД в сравнении с двигателями постоянного тока является более надежным, что дает возможность уменьшить эксплуатационные расходы по техническому обслуживанию системы тягового электропривода [2].
АТЭД значительно надежнее в эксплуатации, менее трудоемки в обслуживании и ремонте.
Частота вращения ротора АТЭД не может достигнуть частоты вращения магнитного потока статора. Благодаря этому электрические машины не допускают резкого повышения частоты вращения ротора при снятии механической нагрузки. В условиях применения их на локомотивах это означало бы исключение боксования колесных пар со значительным увеличением частоты их вращения [3].
АТЭД является сложной системой с нелинейностями и перекрестными связями, если рассматривать его со стороны реализации высоко динамического управления. Возросший интерес по внедрению АТЭД в тяговый привод можно объяснить, помимо достоинств, перечисленных выше, высоким ростом в области цифровой, микропроцессорной техники и информационной электроники. Следовательно, происходит совершенствование принципов и систем управления и регулирования, что открывает возможности реализации достоинств АТЭД в тяговом приводе [1].

1.2 Примеры практического применения асинхронных тяговых машин в качестве тяговых на электрическом подвижном составе

В эксплуатации в разных странах находятся более 250 единиц ЭПС с АТЭД.
АТЭД используются на магистральных и маневровых электровозах, на электропоездах, как пригородных, так и метрополитенов. К ним в первую очередь относятся электровозы Е-120 и Е-1200, эксплуатируемые на государственных железных дорогах н промышленном транспорте ФРГ. Представляют также интерес и электровозы ЕА-3000, эксплуатируемые в Данин, и электровозы Е-17, эксплуатируемые в Норвегии. По электропоездам метрополитена накоплен опыт эксплуатации в ФРГ н Финляндии.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Системы управления для электроприводов с асинхронными тяговыми двигателями/ Ю.М. Иньков [и др.] // Электротехника. – 2009. – № 4. – С. 8 – 12.
2 Методика оценки эксплуатационной надежности тяговых асинхронных двигателей городского электрического транспорта/ А.Э. Аухадеев [и др.] // Вестник научных конференций. – 2017. – № 10-6(14). – С. 11–14.
3 Бондаренко, Д.А. Аппроксимация тепловых переходных процессов тягового асинхронного двигателя локомотива как объекта управления температуры динамическим звеном первого порядка/ Д.А. Бондаренко, А.А. Пугачев// Современные инновации в науке и технике. – 2014. – С. 44–47.
4 Наймушин, В. Г. Результаты эксплуатации первых российских пассажирских электровозов ЭП1 и задачи по созданию перспективных электровозов / В. Г. Наймушин, Ю. А. Орлов, И. К. Юренко // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения, 2006. – № 1. – с. 55-63. 16
5 Коноваленко, Д. В. Опыт отечественного и зарубежного электровозостроения с бесколлекторным тяговым приводом / Д. В. Коноваленко, А. Г. Полуянов // Проблемы транспорта Восточной Сибири : сборник трудов Третьей всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых электромеханического факультета 18–19 апреля 2012 г. – Иркутск : ИрГУПС, 2013. – Часть 1. – с. 87-91.

Весь текст будет доступен после покупки