Система регулирования давления сжатого воздуха в пневматической сети электровоза

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………...............4-5
1. СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ …………………………………..…..6
1.1 Электропривод вспомогательных агрегатов с питанием
асинхронных двигателей от электромеханического фазорасщепителя …...6-12
1.2 Электропривод вспомогательных агрегатов с питанием
асинхронных двигателей по конденсаторной схеме в сочетании
с тиристорным преобразователем частоты и числа фаз ……………..........12-15
1.3 Электропривод вспомогательных агрегатов с питанием асинхронных двигателей от трёхфазного автономного инвертора напряжения ……………………………………………………....15-21
2. ПРОБЛЕМА НАДЁЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ……………………………..……..………22-45
3. КОМПРЕССОРЫ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ …………………………………………………………………………...46
3.1 Поршневые компрессоры ……………………………………………….46-53
3.2 Винтовые компрессоры ………………………………………………....54-59
3.3 Основные конструктивные параметры винтового компрессора ……..59-68
4. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ЛОКОМОТИВОВ……………….…..69
4.1 Общие сведения об автоматических системах регулирования ………69-74
4.2 Классификация автоматических систем регулирования давления в пневматических системах локомотивов ……………….……...74-77
4.3 Пневматическая система локомотива как объект регулирования давления ……………………………………………………………………...77-79
4.4 Автоматические регуляторы давления в пневматических
системах локомотивов ………………………………………….…………...79-81
5. СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА В ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОВОЗА ………..……...82
5.1 Функциональная схема микропроцессорной автоматической системы регулирования давления в пневматической сети электровоза …………………………………………………………………..81-84
5.2 Выбор элементов микропроцессорной автоматической системы регулирования давления в пневматической сети электровоза …………...84-87
5.3 Структурная схема микропроцессорной автоматической системы регулирования давления в пневматической сети электровоза …………………………………………………………………..87-90
6. РАЗДЕЛ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ………………………………………...91-104
7. РАЗДЕЛ ПО ЭКОНОМИКЕ …………………………………………..105-117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….…..118
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………….119-122

Весь текст будет доступен после покупки

Применяемые на российских электровозах в настоящее время схемные решения электропривода вспомогательных агрегатов с асинхронными двигателями можно свести к трём основным группам:
1) с питанием асинхронных двигателей от электромеханического фазорасщепителя (на ЭПС переменного тока);
2) с питанием асинхронных двигателей по конденсаторной схеме в сочетании с тиристорным преобразователем частоты и числа фаз для формирования ступеней пониженной производительности мотор-вентиляторов (на ЭПС переменного тока);
3) с питанием асинхронных двигателей от трёхфазного АИН (на ЭПС как переменного, так и постоянного тока).
К вспомогательным агрегатам относятся мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, мотор-насосы.
Мотор-компрессоры применяются в пневматических системах локомотивов. Существующие и эксплуатируемые в настоящее время различные пневматические системы локомотивов вполне удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Однако, эти автоматические системы являются системами релейного действия, со всеми недостатками присущими релейным системам.

Весь текст будет доступен после покупки

1. СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Применяемые на электровозах в настоящее время схемные решения электропривода вспомогательных агрегатов (мотор-компрессоров, мотор- вентиляторов, мотор-насосов) на базе асинхронных двигателей можно свести к трём основным:
1) с питанием асинхронных двигателей от электромеханического фазорасщепителя (на ЭПС переменного тока);
2) с питанием асинхронных двигателей по конденсаторной схеме в сочетании с тиристорным преобразователем частоты и числа фаз для формирования ступеней пониженной производительности мотор-вентиляторов (на ЭПС переменного тока);
3) с питанием асинхронных двигателей от трёхфазного АИН (на электроподвижном составе как переменного, так и постоянного тока).

1.1 Электропривод вспомогательных агрегатов с питанием асинхронных двигателей от электромеханического фазорасщепителя

Электромеханические фазорасщепители используются на электропоездах и электровозах переменного тока для преобразования однофазного напряжения в трёхфазное, предназначенное для питания асинхронных двигателей электропривода вспомогательных агрегатов. Схемы вспомогательного ЭП с фазорасщепителем и описания их работы приведены в [3]. На рисунке 1.1 показана схема электрическая принципиальная силовых цепей электропривода вспомогательных агрегатов магистрального электровоза переменного тока ВЛ85.
Фазорасщепители представляют собой асинхронные двигатели с симметричной или несимметричной обмоткой статора, без нагрузки на валу [5]. Электромеханический фазорасщепитель (на примере фазорасщепителей НБ-453 или НБ-455) отличается от классического асинхронного двигателя несимметричной обмоткой статора. Принято чередование фаз 1 – 3 – 2 – 1, где питающее напряжение (см. рисунок 1.2) подаётся на фазы 1 и 2, называемые «двигательными». Фаза 3 именуется «генераторной».




















Рисунок 1.1 - Схема электрическая принципиальная силовых цепей электропривода вспомогательных агрегатов электровоза ВЛ85

На рисунке 1.2 приняты следующие обозначения: I С - ток сети; 1Р I , 2Р I , 3Р I - токи фаз обмотки статора расщепителя; 1Н I , 2Н I , 3Н I - токи нагрузки; К I - ток батареи конденсаторов; 12 U , 23 U , 31 U – линейные напряжения.













Рисунок 1.2 - Схема обмоток расщепителя фаз НБ-453 и НБ-455А

Однофазный ток двигательной фазы создаёт в воздушном зазоре фазорасщепителя пульсирующее магнитное поле, которое можно представить в виде двух встречно вращающихся магнитных полей. Ротор с короткозамкнутой беличьей клеткой вращается с синхронной скоростью и не оказывает влияния на составляющую поля, с которой его направление вращения совпадает. Для обратного поля клетка ротора является аналогом короткозамкнутой обмотки трансформатора – клетка ротора демпфирует обратное поле. Расщепитель фаз можно рассматривать как совмещённый однофазный асинхронный двигатель и трёхфазный синхронный генератор. Э.д.с. генератора наводятся во всех трёх фазах машины. Фазы векторов э.д.с. определяются пространственным расположением фаз обмотки статора. Так как ток нагрузки, питаемой от расщепителя фаз, содержит индуктивную составляющую, вектор напряжения генераторной фазы в исходном состоянии конструктивно смещён против часовой стрелки. Напряжения холостого хода для НБ-455А равны: 380 В, 385 В и 430 В. Под нагрузкой напряжения на выходе фазорасщепителя находятся в зависимости от тока и коэффициента мощности нагрузки, а также величины ёмкости батареи конденсаторов. Выбор всех параметров схемы на рисунке 1.2 выполняется по условию получения минимальной несимметрии напряжений в рабочих режимах.
Ротор фазорасщепителя находится в непрерывном вращении. Это позволяет обеспечивать уверенный запуск трёхфазных асинхронных двигателей привода вспомогательных агрегатов. По мере разворачивания расщепителя фаз обратное поле сильно демпфируется ротором, и в рабочих режимах вращающееся поле становится почти круговым с коэффициентом несимметрии 2 – 10 %. Часть энергии вспомогательные машины получают непосредственно из однофазной питающей сети, а чаcть - от фазорасщепителя. В настоящее время на электровозах переменного тока используются обычные асинхронные двигатели с трёхфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором (АНЭ225L4УХЛ2 – на электровозе ВЛ85, НВА-55С – на электровозах 2,3ЭС5К).
При установившихся режимах работы электропривода вспомогательных агрегатов роль фазорасщепителя незначительна. Ответ на вопрос о том, какова доля энергии, получаемой нагрузочными асинхронными двигателями от фазорасщепителя по отношению ко всей потребляемой ими энергии, дан на основе измерений: 5 – 10 %. То есть, 90 – 95 % энергии асинхронные двигатели вспомогательных агрегатов берут непосредственно из однофазной сети при участии конденсаторной батареи. Расщепитель фаз преимущественно выполняет роль фазокомпенсатора, так как для работы с достаточно полным использованием по мощности асинхронных двигателей привода вспомогательных агрегатов (при однофазном питании трёхфазных асинхронных двигателей с подключением симметрирующих конденсаторов непосредственно на клеммы асинхронных двигателей) требуется, чтобы система имела cos? = 0,5 (при этом в однофазной питающей сети cos? = 0,9 ?1,0).
Тем не менее, будучи преимущественной по длительности действия, функция фазокомпенсатора для фазорасщепителя далеко не единственна: он играет существенную роль при пуске асинхронных двигателей привода вспомогательных агрегатов и кратковременных просадках напряжения. В этих режимах расщепитель фаз автоматически преобразует кинетическую энергию, запасённую его вращающимся ротором (поэтому большой момент инерции ротора является достоинством для расщепителя фаз), в электромагнитную энергию, которая поступает туда, где образовался её недостаток. При этом все три фазы обмотки могут стать генераторными. Таким образом, влияние фазорасщепителя более значимо в динамических, а не в статических режимах работы асинхронных двигателей электропривода вспомогательных агрегатов. Например, у асинхронных двигателей НВА-55 (55 кВт, 380 В, 1500 об/мин) пусковой момент в 1,6 раза больше при прочих равных условиях в случае питания от расщепителя фаз, нежели при питании по чисто конденсаторной схеме с ёмкостью 2540 мкФ [7]. Больший пусковой момент при прочих равных условиях сокращает время пуска асинхронного двигателя, уменьшая при этом количество энергии, идущей на нагрев асинхронного двигателя за счёт потерь от токов пускового режима.
Тепловой режим работы асинхронного двигателя в составе электропривода вспомогательных агрегатов ЭПС является менее напряжённым при наличии фазорасщепителя по сравнению с его отсутствием. Вероятно, это обстоятельство послужило тому, что во второй половине 2000-х гг. для преодоления ситуации с массовым выходом из строя асинхронных двигателей НВА-55 (в том числе, по причине выплавления алюминиевой обмотки ротора) в качестве одной из парирующих мер в схему электропривода вспомогательных агрегатов на электровозах 2,3ЭС5К установили электромеханический фазорасщепитель НВА-55С. Мера в комплексе с другими оказалась успешной.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Дипломные и курсовые проекты. Практикум [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие: [по направлению подготовки 23.05.03 "Подвижной состав железных дорог" (Локомотивы, Электрический транспорт железных дорог), квалификация "инженер путей сообщения"] / А.С.Космодамианский, С.И.Баташов, М.А.Ибрагимов, М.Ю.Капустин; рец. А.Т.Осяев ; Российский университет транспорта, кафедра Тяговый подвижной состав. - Текст: электронный. - М.: РУТ(МИИТ), 2019. - 83 с.
2. Луков Н.М., Космодамианский А.С., Попов Ю.В. Электроприводы вентиляторов для регуляторов температуры энергетических установок подвижного состава.// Наука и техника транспорта. М., 2005. №1. – С. 44 – 55.
3. Худоногов, А.М. Проектирование привода вспомогательных механизмов ЭПС с асинхронным двигателем: учеб. пособие/ А.М. Худоногов, В.В. Макаров, В.П. Смирнов и др.; под ред. А.М. Худоногова. – М. : ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011. – 311 с.
4. Рутштейн, А. М. Вспомогательный привод электровозов переменного тока / А.М. Рутштейн // Вестник ВЭлНИИ. – 2008. – Т.2 (56). – С. 162 – 171.
5. Рутштейн, А. М. Регулируемый вспомогательный электропривод электровоза ЭП1 / А.М. Рутштейн // Электровозостроение: сб. науч. тр. – Новочеркасск : ОАО «Всерос. н-и. и проектно-конструкт ин-т электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»), 1998. – 40 т. – С. 213 – 221.
6. Хоменко, Б. И. Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС / Б.И. Хоменко, Г.И. Колпахчьян, И. В. Пехотский // Электровозостроение: сб. науч. тр. – Новочеркасск : ОАО «Всерос. н-и. и проектно-конструкт ин-т электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»), 2003. – 45 т. – С. 184–191.
7. Федюков, Ю.А. Энергетические характеристики расщепителей фаз / Ю.А. Федюков // Электровозостроение: сб. науч. тр. — 2001. — Т.43. — С. 104 – 112.
8. Птах, Г.К. Вентильно-индукторный электропривод для вспомогательных механизмов электровоза / Птах Г.К., Климов Е.А., Васюков И.В., Яковенко А.Е. // Тр. VIII Междунар. (XIX Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2014: в 2 т., октябрь 2014 г., Т.2 – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та. – 2014. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. – С. 521 – 525.
9. Выжимова, В.Н. Комплексная оценка факторов, влияющих на надёжность асинхронных вспомогательных машин электровозов переменного тока, определение основных причин отказов / В.Н. Выжимова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2013. – № 3(39). – С. 205 – 209.

Весь текст будет доступен после покупки