Исследование характеристик и мониторинг асинхронных тяговых электродвигателей
|
Введение 6
Глава 1. Аналитическая часть 9
1.1 Особенности конструкции тяговых электрических машин электроподвижного состава, требования предъявляемые к ним 9
1.2 Обзор тяговых электрических машин и их характеристики 11
1.3 Техническое обслуживание и диагностика тягового электродвигателей при эксплуатации 17
1.3.1 Надежность электроподвижного состава 17
1.3.2 Характеристика отказов эксплуатируемых тяговых электродвигателей 20
1.3.3 Обзор систем мониторинга ТЭД 23
Глава 2. Аналитическая часть 25
2.1 Принцип действия и устройство асинхронных двигателей 25
2.1.2 Электродвижущие силы статора и ротора 31
2.1.3 Вращающий момент асинхронного двигателя 32
2.1.4 Пусковые характеристики 37
2.2 Потери и КПД асинхронного двигателя 38
2.2.1 Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя 41
2.3 Искрение машин постоянного тока 42
2.3.1 Тяговые генераторы тепловозов 47
2.3.2 Тяговые электродвигатели тепловозов 54
2.4 Конструкция тяговых трансформаторов 61
2.5 Основные технические характеристики асинхронного тягового двигателя с короткозамкнутым ротором ДАТ - 350-6 УХЛ 1 67
2.6 Эксплуатация и ремонт двигателя 68
2.6.1 Особенности конструкции 71
Особенности конструкции: 71
Глава 3. Экспериментальная часть 72
3.1 Номинальный режим асинхронной машины при питании от инвертора
напряжения 72
3.2 Теоретическое исследование момента и потерь в номинальном режиме работы асинхронной машины при питании от инвертора тока 78
3.3 Теоретическое исследование пускового режима работы асинхронной машины при питании от инвертора напряжения 84
3.4 Назначение системы мониторинга теплового состояния тяговых
электродвигателей 90
3.5 Принцип работы системы мониторинга асинхронных тяговых электродвигателей
Заключение 93
Список литературы 94
Глава 1. Аналитическая часть 9
1.1 Особенности конструкции тяговых электрических машин электроподвижного состава, требования предъявляемые к ним 9
1.2 Обзор тяговых электрических машин и их характеристики 11
1.3 Техническое обслуживание и диагностика тягового электродвигателей при эксплуатации 17
1.3.1 Надежность электроподвижного состава 17
1.3.2 Характеристика отказов эксплуатируемых тяговых электродвигателей 20
1.3.3 Обзор систем мониторинга ТЭД 23
Глава 2. Аналитическая часть 25
2.1 Принцип действия и устройство асинхронных двигателей 25
2.1.2 Электродвижущие силы статора и ротора 31
2.1.3 Вращающий момент асинхронного двигателя 32
2.1.4 Пусковые характеристики 37
2.2 Потери и КПД асинхронного двигателя 38
2.2.1 Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя 41
2.3 Искрение машин постоянного тока 42
2.3.1 Тяговые генераторы тепловозов 47
2.3.2 Тяговые электродвигатели тепловозов 54
2.4 Конструкция тяговых трансформаторов 61
2.5 Основные технические характеристики асинхронного тягового двигателя с короткозамкнутым ротором ДАТ - 350-6 УХЛ 1 67
2.6 Эксплуатация и ремонт двигателя 68
2.6.1 Особенности конструкции 71
Особенности конструкции: 71
Глава 3. Экспериментальная часть 72
3.1 Номинальный режим асинхронной машины при питании от инвертора
напряжения 72
3.2 Теоретическое исследование момента и потерь в номинальном режиме работы асинхронной машины при питании от инвертора тока 78
3.3 Теоретическое исследование пускового режима работы асинхронной машины при питании от инвертора напряжения 84
3.4 Назначение системы мониторинга теплового состояния тяговых
электродвигателей 90
3.5 Принцип работы системы мониторинга асинхронных тяговых электродвигателей
Заключение 93
Список литературы 94
Электрические машины, предназначенные для установки на подвижных объектах, должны удовлетворять ряду особых требований и работать в специфических условиях.
Для электропривода объектов подвижного состава используются электрические машины с очень широким диапазоном мощностей (от нескольких десятков ватт до десятков мегаватт).
Частота вращения привода транспортных электрических машин различного назначения находится в пределах 50 ... 12 000 Об/МИН.
Быстроходность транспортных электрических машин определяется не только спецификой приводимых механизмов, но в значительной мере стремлением уменьшить размеры и массу как самих электрических машин, так и приводимых ими механизмов. При заданных мощности Рном и частоте вращения электрические машины должны иметь минимальные габариты, массу, нагрузку на ось, вписываться в габариты подвижного состава и обеспечивать высокую надежность.
Электрические машины подвижного состава работают в тяжелейших условиях, резко отличающихся от условий работы стационарных машин. Поэтому необходимо учитывать следующие специфические особенности их эксплуатации.
1. Колебания температуры окружающей среды как при работе, так и при бездействии машины могут составлять от —50 до +50 о с при относительной влажности воздуха до (95±3) 70. В таких условиях снижается механическая прочность отдельных деталей. При низких температурах изоляционные материалы в большинстве своем становятся хрупкими, в них появляются трещины. Летом (особенно в южных районах) работа электрических машин затруднена из-за ухудшения условий охлаждения, пересыхания изоляции, сильной запыленности. Повышенная влажность воздуха, особенно во время дождя или снега, вызывает коррозию металлических частей и снижает качество изоляции.
2. На корпус машины (особенно на тяговые двигатели) периодически, а иногда постоянно воздействуют импульсы ускорения, превышающие ускорение свободного падения в 10— 20 раз. Динамические силы, действующие на детали электрических машин, могут привести к различным повреждениям: обрыву проводов и обмоток, особенно в местах пайки, появлению трещин и разрушению электрической изоляции, ускоренному износу осей и подшипников, нарушению нормальной работы упругих элементов.
Конструкция машины и условия размещения се на подвижном составе должны обеспечивать удобный доступ:
• к подшипникам скольжения с жидкой смазкой, где необходимо контролировать при автономной смазке достаточность подачи масла, а при принудительной смазке — наличие циркуляции масла через подшипники;
• подшипникам качения с консистентной смазкой для частичной замены и пополнения смазки без разборки подшипникового узла;
• щеточному аппарату коллекторов машин постоянного тока или контактным кольцам машин переменного тока;
• болтам, крепящим к станине главные и добавочные полюса машин постоянного тока;
• воздухоохладителям;
• коробкам выводов концов обмоток машин всех родов тока;
• элементам, имеющим большую массу, для возможности
использования при обслуживании и ремонте механизированных средств.
В ряде случаев машины устанавливаются и работают на подвижном составе в помещениях ограниченного объема, без циркуляции и обмена воздуха. Такие условия способствуют загрязнению машины угольной пылью щеток, нарушению коммутации и возможности переброса дуги с коллектора на корпус.
Электрические машины, установленные снаружи кузова, при движении обдуваются встречным потоком воздуха, в котором со держатся частицы пыли, обладающие абразивным действием. Они разрушают изоляцию электрических машин, ухудшают работу подшипников и создают токопроводящие цепочки, которые могут вызывать короткие замыкания.
Некоторые из перечисленных условий противоречат основным требованиям, предъявляемым к транспортным электрическим машинам, например: для достижения возможно меньших габаритов активное ядро машины должно работать с высоким коэффициентом использования, что сопровождается высокими рабочими температурами, предельно допустимыми для теплостойкой изоляции. То же относится к механическим напряжениям в элементах конструкции, которые вследствие повышения быстроходности машины достигают высоких, а в ряде случаев предельно допустимых значений.
Создание новых, более совершенных и более надежных машин, а так же их грамотная эксплуатация возможны только в результате глубокого изучения физических процессов, происходящих в работающих машинах аналогичного назначения. К таким процессам относятся изнашивание, релаксация и усталость металлов, коррозия и эрозия элементов конструкции в результате воздействия движущегося потока жидкости, старение масел и консистентных смазок, термическое старение электрической изоляции, запыление, длительное воздействие различных повторяющихся перегрузок, вибраций и т.п. Все эти процессы становятся заметными лишь после продолжительной работы машины, и достоверную информацию об износе может дать только систематическое изучение опыта эксплуатации оборудования, работающего в реальных условиях подвижных объектов.
На подвижном составе все шире используются статические преобразователи энергии на базе полупроводниковых приборов. Силовая полупроводниковая техника является частью привода электрических машин подвижного состава, поэтому понимание работы этих систем необходимо и техникам-механикам. В системах управления силовыми полупроводниковыми преобразователями используются микропроцессоры. Изучение микропроцессорной техники не входит в объем подготовки специалистов-электромехаников, однако раздел, посвященный этим системам, включен в учебник для ознакомления.
Для электропривода объектов подвижного состава используются электрические машины с очень широким диапазоном мощностей (от нескольких десятков ватт до десятков мегаватт).
Частота вращения привода транспортных электрических машин различного назначения находится в пределах 50 ... 12 000 Об/МИН.
Быстроходность транспортных электрических машин определяется не только спецификой приводимых механизмов, но в значительной мере стремлением уменьшить размеры и массу как самих электрических машин, так и приводимых ими механизмов. При заданных мощности Рном и частоте вращения электрические машины должны иметь минимальные габариты, массу, нагрузку на ось, вписываться в габариты подвижного состава и обеспечивать высокую надежность.
Электрические машины подвижного состава работают в тяжелейших условиях, резко отличающихся от условий работы стационарных машин. Поэтому необходимо учитывать следующие специфические особенности их эксплуатации.
1. Колебания температуры окружающей среды как при работе, так и при бездействии машины могут составлять от —50 до +50 о с при относительной влажности воздуха до (95±3) 70. В таких условиях снижается механическая прочность отдельных деталей. При низких температурах изоляционные материалы в большинстве своем становятся хрупкими, в них появляются трещины. Летом (особенно в южных районах) работа электрических машин затруднена из-за ухудшения условий охлаждения, пересыхания изоляции, сильной запыленности. Повышенная влажность воздуха, особенно во время дождя или снега, вызывает коррозию металлических частей и снижает качество изоляции.
2. На корпус машины (особенно на тяговые двигатели) периодически, а иногда постоянно воздействуют импульсы ускорения, превышающие ускорение свободного падения в 10— 20 раз. Динамические силы, действующие на детали электрических машин, могут привести к различным повреждениям: обрыву проводов и обмоток, особенно в местах пайки, появлению трещин и разрушению электрической изоляции, ускоренному износу осей и подшипников, нарушению нормальной работы упругих элементов.
Конструкция машины и условия размещения се на подвижном составе должны обеспечивать удобный доступ:
• к подшипникам скольжения с жидкой смазкой, где необходимо контролировать при автономной смазке достаточность подачи масла, а при принудительной смазке — наличие циркуляции масла через подшипники;
• подшипникам качения с консистентной смазкой для частичной замены и пополнения смазки без разборки подшипникового узла;
• щеточному аппарату коллекторов машин постоянного тока или контактным кольцам машин переменного тока;
• болтам, крепящим к станине главные и добавочные полюса машин постоянного тока;
• воздухоохладителям;
• коробкам выводов концов обмоток машин всех родов тока;
• элементам, имеющим большую массу, для возможности
использования при обслуживании и ремонте механизированных средств.
В ряде случаев машины устанавливаются и работают на подвижном составе в помещениях ограниченного объема, без циркуляции и обмена воздуха. Такие условия способствуют загрязнению машины угольной пылью щеток, нарушению коммутации и возможности переброса дуги с коллектора на корпус.
Электрические машины, установленные снаружи кузова, при движении обдуваются встречным потоком воздуха, в котором со держатся частицы пыли, обладающие абразивным действием. Они разрушают изоляцию электрических машин, ухудшают работу подшипников и создают токопроводящие цепочки, которые могут вызывать короткие замыкания.
Некоторые из перечисленных условий противоречат основным требованиям, предъявляемым к транспортным электрическим машинам, например: для достижения возможно меньших габаритов активное ядро машины должно работать с высоким коэффициентом использования, что сопровождается высокими рабочими температурами, предельно допустимыми для теплостойкой изоляции. То же относится к механическим напряжениям в элементах конструкции, которые вследствие повышения быстроходности машины достигают высоких, а в ряде случаев предельно допустимых значений.
Создание новых, более совершенных и более надежных машин, а так же их грамотная эксплуатация возможны только в результате глубокого изучения физических процессов, происходящих в работающих машинах аналогичного назначения. К таким процессам относятся изнашивание, релаксация и усталость металлов, коррозия и эрозия элементов конструкции в результате воздействия движущегося потока жидкости, старение масел и консистентных смазок, термическое старение электрической изоляции, запыление, длительное воздействие различных повторяющихся перегрузок, вибраций и т.п. Все эти процессы становятся заметными лишь после продолжительной работы машины, и достоверную информацию об износе может дать только систематическое изучение опыта эксплуатации оборудования, работающего в реальных условиях подвижных объектов.
На подвижном составе все шире используются статические преобразователи энергии на базе полупроводниковых приборов. Силовая полупроводниковая техника является частью привода электрических машин подвижного состава, поэтому понимание работы этих систем необходимо и техникам-механикам. В системах управления силовыми полупроводниковыми преобразователями используются микропроцессоры. Изучение микропроцессорной техники не входит в объем подготовки специалистов-электромехаников, однако раздел, посвященный этим системам, включен в учебник для ознакомления.
Представлены основные результаты выпускной квалификационной работы и приведена практическая значимость результатов работы. Практическая значимость результатов работы состоит в разработке системы мониторинга тяговых асинхронных электродвигателей для статистической информации. В данной выпускной квалификационной работе проведен анализ существующей деятельности и технологии ТО и ремонта тягового асинхронного двигателя.
В данной работе разработан план внедрения нового технологического оборудования в целях повышения производительности труда, охраны окружающей среды и повышения механизации технологических процессов.
Снижение затрат на эксплуатацию тягового асинхронного электродвигателя может быть достигнуто путем организации оптимального режима работы, своевременного ремонта и замены.
В данной работе разработан план внедрения нового технологического оборудования в целях повышения производительности труда, охраны окружающей среды и повышения механизации технологических процессов.
Снижение затрат на эксплуатацию тягового асинхронного электродвигателя может быть достигнуто путем организации оптимального режима работы, своевременного ремонта и замены.