вспомогательного привода компрессора электровоза

Введение 5
1 Современные системы управления асинхронным электроприводом 7
1.1 Конструкция и принцип действия асинхронного двигателя 7
1.2 Системы управления асинхронным электроприводом 10
1.3 Векторное управление асинхронным приводом компрессора электровоза 14
1.4 Модель векторной системы управления асинхронным электродвигателем 16
2 Компрессорная установка грузового электровоза 2ЭС6 30
2.1 Назначение и техническое описание компрессорного агрегата 30
2.2 Устройство и работа агрегата 33
2.3 Асинхронный электродвигатель для компрессорного агрегата 36
3 Векторная система управления асинхронным электроприводом 39
3.1 Расчёт электромеханических характеристик асинхронного двигателя 39
3.2 Моделирование в SimInTech 49
3.2.1 Модель асинхронного двигателя 50
3.2.2 Модель векторной системы управления 53
4 Технико-экономическое обоснование проекта вспомогательного привода компрессора электровоза 58
4.1 Общие сведения 58
4.2 Определение величины прямых цеховых материальных затрат на разработку асинхронного двигателя привода компрессора 59
4.3 Определение экономии электроэнергии при использовании векторного управления 63
4.4 Определение показателей экономической эффективности 66
Заключение 69
Список использованных источников 71

Весь текст будет доступен после покупки

Современный электровоз представляет собой сложный энергетический ком-плекс, где, помимо тяговых электродвигателей (ТЭД), критическую роль играют вспомогательные машины и системы. К ним относятся вентиляторы охлаждения тягового оборудования, насосы циркуляции масла, воздушные компрессоры и другие агрегаты, обеспечивающие жизнеспособность и надежную работу основных систем электровозов. Отказ или нестабильная работа любой из вспомогательных установок может привести к снижению мощности, перегреву оборудования, а в крайних случаях – к полному выводу электровоза из эксплуатации, что влечет за собой значительные экономические убытки и нарушения графика движения.
Особое место среди вспомогательных систем занимает компрессорная уста-новка. Она является источником сжатого воздуха для пневматических цепей тяго-вой единицы подвижного состава: привода тормозов поезда и самого электровоза, работы песочниц, звуковых сигналов, переключения силовых разъединителей и других потребителей. Бесперебойная и эффективная работа компрессора – это важное условие безопасности движения, так как именно пневматическая система в первую очередь отвечает за своевременную и эффективную остановку состава. Следовательно, к приводному электродвигателю компрессора предъявляются вы-сокие требования по надежности, энергоэффективности и точности поддержания рабочего режима.
Традиционно на электровозах для привода вспомогательных машин, вклю-чая компрессоры, используются коллекторные двигатели постоянного тока (в меньшей степени) или асинхронные двигатели (АД) с простыми пусковыми схе-мами. Однако такие решения обладают рядом существенных недостатков: высокие пусковые токи, вызывающие просадки напряжения в бортовой сети и ударные ме-ханические нагрузки; низкий коэффициент мощности; невозможность плавного ре-гулирования производительности компрессора в зависимости от расхода воздуха, что приводит к избыточным энергозатратам и циклическим режимам работы «старт-стоп», сокращающим ресурс установки.
Альтернативой, позволяющей преодолеть эти недостатки, является приме-нение частотно-регулируемого электропривода на основе асинхронного двигателя. Наиболее совершенным методом управления для данного применения является векторное управление. В отличие от простых и дешевых скалярных (U/f) систем, которые лишь поддерживают постоянное отношение напряжения к частоте, век-торное управление позволяет независимо и с высокой точностью регулировать магнитный поток и электромагнитный момент двигателя. Данное обстоятельство обеспечивает ряд ключевых преимуществ, таких как высокая энергоэффективность за счет оптимизации магнитного потока в широком диапазоне нагрузок; плавный и динамичный пуск с ограничением пускового тока до номинального значения, что минимизирует воздействие на бортовую сеть и механическую часть; точное под-держание заданного давления в главных резервуарах путем плавного изменения скорости вращения компрессора, что исключает режимы холостого хода и частые пуски и повышенная надежность за счет снижения тепловых и механических пере-грузок.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Современные системы управления асинхронным электроприводом

1.1 Конструкция и принцип действия асинхронного двигателя

Неподвижная часть двигателя (статор) состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной 0,35–0,5 мм, покрытой изоляционным лаком, и запрессовывается в не-подвижный стальной или алюминиевый корпус. Шихтованная конструкция сер-дечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Статор выполняется без явно выраженных полюсов, листы штампуют в виде колец, на внутренней стороне которых имеются пазы, в которые укладываются провода рас-пределенной трехфазной обмотки. Трехфазная обмотка состоит из трех однофаз-ных, сдвинутых в пространстве по окружности статора относительно друг друга на 120 электрических градусов [1–3]. Распределенная обмотка состоит из секций, расстояние между активными сторонами одной секции называется шагом обмотки y. Если шаг равен полюсному делению ? (расстоянию между серединами смежных полюсов), то шаг называется полным или диаметральным. Чаще применяют об-мотки с укороченным шагом (y < ?), что приближает форму кривой намагничива-ющей силы к синусоиде. Распределенная обмотка статора может быть и двухпо-люсной, и четырехполюсной, и многополюсной.
Вращающаяся часть двигателя (ротор) состоит из сердечника с короткоза-мкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструк-цию. Короткозамкнутая обмотка ротора имеет вид «беличьей клетки» и содержит в пазах сердечника ротора стержни обмотки, замкнутые между собой короткоза-мыкающими кольцами, расположенными на торцах ротора.
Устройство АД схематично изображено на рисунке 1.1 [3].


1 – станина; 2 – магнитопровод статора; 3 – обмотка статора;
4 – клеммная коробка; 5 – сердечник ротора; 6 – стержни обмотки ротора
Рисунок 1.1 – Схема устройства АД

Статор и ротор разделены воздушным зазором, величина которого колеб-лется от 0,1 мм в двигателях малой мощности до 1–2,0 мм в двигателях большой мощности. Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения питания сети [1–3]. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку входит шесть проводов, из коробки выходят три).

Весь текст будет доступен после покупки

1 Копылов, И. П. Электрические машины. В 2 т. Т. 2 / И. П. Копылов – 2-е изд. испр. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2017. – 407 с.
2 Щербаков
3 Евсиков, А. А. Автоматизированный электропривод с частотным упралением : учебное пособие / А.А. Евсиков, В. А. Коковин, А. П. Леонов. – Дубна : Гос. ун-т «Дубна», 2020. – 121 с.
4 Баев, А.П. Современные системы управления асинхронным электроприводом / А.П. Баев, А.С. Исаков. – С. 30–34.
5 Козаченко, В.Ф. Микроконтроллерные системы управления электроприводами: современное состояние и перспективы развития / В.Ф. Козаченко. – Текст: электронный. – URL: http://www.motorcontrol.ru/publications/controllers.pdf (дата обращения: 14.10.2025).
6 Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для вузов / И.П. Копылов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2007. – 760 с.
7 Браславский, И. Я. Векторное управление асинхронными двигателями / И.Я. Браславский, В.А. Шишкин. – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 280 с.
8 Зорохович, А.Е. Современные системы управления электроприводами / А.Е. Зорохович, С.С. Крылов. – М.: Академия, 2010. – 320 с.
9 Ольховатов, Д. В. Синтез электропривода вентилятора для охлаждения тяговых электродвигателей / Д. В. Ольховатов, А. В. Шевкунова, А. В. Донченко // Приводы и компоненты машин. – 2023. – № 1-3 (40). – С. 6–10.
10 Ольховатов, Д. В. Векторные системы управления скоростью асинхронных двигателей: Методические указания для выполнения практических занятий, самостоятель-ной работы и курсового проекта / Д. В. Ольховатов. – Ростов-на-Дону: РГУПС, 2025. – 79 с.

Весь текст будет доступен после покупки