CC BY
9
УДК 629.423.2
Горобченко О.М., тженер (Дон1ЗТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ НЕР1ВНОМ1РНОСТ1 СТРУМОРОЗПОД1ЛЕННЯ В СИЛОВИХ ЛАНЦЮГАХ ЛОКОМОТИВ1В
Постановка проблеми. Шдвищення ефективностi електрично! тяги шляхом удосконалення технiчних засобiв потребуе вирiшення ряду завдань, таких як обчислення сили тяги конкретного локомотива, визначення температури на^вання обмоток електродвигушв у рiзнi моменти часу та шше. Крiм того, для зниження витрат на ремонт i вщновлення вузлiв i агрегатiв локомотивiв, необхщно органiзувати !хню експлуатацiю таким чином, щоб максимально попередити виходи з ладу рухомих одиниць. Необхщно скласти повну картину процеЫв у силовому ланцюз^ яка неможлива без визначення величин струмiв тягових електродвигунiв (ТЕД), котрi е однiею з найбшьш вiдповiдальних частин електровозiв. Вiд !х надшно! роботи багато в чому залежить безперебiйнiсть перевезень. Тому необхщно розробляти i впроваджувати новi техтчт рiшення, якi б дозволили подовжити ресурс електродвигушв i усунути причини !хнього виходу з ладу. Але, перш шж приступати до розробки, необхщно одержати данi про реальш умови, у яких працюють тяговi електромашини.
Аналiз до^джень i публжацш. Величини силових струмiв i !х нерiвномiрнiсть розподiлу по гiлках обумовлена сукупнiстю конструктивних, технологiчних i експлуатацшних допускiв на колюно-моторнi блоки. До числа конструктивних i технолопчних вiдносяться допуски на робочi характеристики машин, вплив довжин сполучних проводiв, опорiв контактiв, вiдхилення iндуктивностей двигушв вiд розрахункових значень. До числа експлуатацшних - допуски на дiаметри бандажiв колiсних пар по колу катання [1-3].
Прийнято розраховувати величину струму тягового двигуна в експлуатаци при рiзних швидкостях руху виходячи з його швидюсно! характеристики, дiаметра бандажа колюно! пари i напруги, шдведено! до
його зажимiв [4,5]. У робот [6] проанашзоваш фактори, що впливають на струм навантаження. Дано 1хню класифiкацiю на вхiднi величини, вихщт величини й шуми. Представлено граф-модель електродвигуна.
Особливютю цих робгг е те, що ТЕД розглядаеться як окремий об'ект, не враховуються режими роботи iнших дiлянок силового ланцюга. Будь-якi змiни й вщхилення в роботi iнших гiлок ^зниця опорiв, електромеханiчних характеристик, швидкостей обертання i т.д.) взаемно впливають одне на одного i на параметри роботи двигуна, що дослщжуеться. Це приводить до певно! погрiшностi в обчисленнях i не дозволяе визначити реальш величини струмiв.
Постановка завдання. Одним з виршальних факторiв, що впливае на роботу тягового електропривода е нерiвномiрнiсть струморозподiлення по гшках силового ланцюга. Вивчення цього питання дозволить бшьш якiсно спрогнозувати надшшсть локомотива в експлуатацiйний перiод, а також тдвищити ефективнiсть його використання.
Виклад основного матерiалу. При дослщженш локомотивiв ДЕ1 використана система дiагностики "Мапстраль-ДЕ1.
Вона встановлена на кожнш секци i являе собою багатопроцесорний вимiрювально-обчислювальний комплекс iз твердим алгоритмом функщонування.
Статистичнi данi про роботу локомотива збер^аються в пам,ятi й можуть бути виведеш на дисплей, установлений у кабш машинiста. Так, за допомогою програми читання даних можна вщстежити за певний промiжок часу вiдомостi про роботу двадцяти двох вузлiв кожно! секци, положення основних електроапара^в, режим роботи локомотива та ш.
Для контролю роботи тягових електродвигушв установленi датчики, що дозволяють зчитувати напругу якiрного ланцюга, струм якоря, струм збудження, вiбрацiю, тепературу охолоджувального повiтря на входi й на виходi iз двигуна.
Для проведення дослщження струморозподiлення на локомотивах ДЕ1 були вщбраш 10 електровозiв дано! сери, що працюють у депо Красний Лиман. За ними проводилися спостереження у квггш-травш 2005 року. Перюдично зчитувалися дат про роботу електродвигушв.
З рисунюв 1, 2 видно, що локомотиви ДЕ1 шддаш нерiвномiрному струморозподiленню. По вертикалi вiдкладена максимальна рiзниця струмiв у межах одного локомотива Д1 в % для двох режимiв роботи: коли реалiзована потужнiсть становила 40% i 90% вiд годинно! потужностi Рн. Виявилося, що рiзниця струмiв у режимi гальмування на порядок вище, нiж у тяговому режимь
Розрахунками встановлено, що середньостатистичний локомотив серп ДЕ1, що працюе в депо Красний Лиман, шдданий рiзницi струмiв:
А!, % 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
для 0,4Рн
N
\
дм
/для 0,9Рн
II
\ № лок
1 23456789 10
Рн - потужшсть електровоза в годинному режим1
Рисунок 1 - Розподш вiдхилень струмiв у силовому ланцюзi по спостережуваних локомотивах у режимi тяги А!,%
14т\
12
10|^для 0,3Рн 8 6 4 2 0
123456789 10
№ лок
Рн - потужшсть електровоз1в в годинному режим1
Рисунок 2 - Розподш вщхилень струмiв у силовому ланцюзi по спостережуваних локомотивах у режимi гальмування
у режимi тяги при 0,4Рн, А1т04=12 А; у режимi тяги при 0,9Рн, А1т0,9= 46 А; у режимi гальмування при 0,3Рн, А1г03=31 А; у режимi гальмування при 0,6Рн, А1г06=73 А.
При аналiзi рiзних експлуатацiйних ситуацiй з використанням системи дiагностики визначено, що локомотиви ДЕ1 при 0,9Рн маючи рiзницю в струмах по гшках 50 А, втрачають у силi тяги 11 кН у порiвняннi з локомотивом, що працюе в тих же умовах, але без вщхилень струмiв. Це становить 2,5% сили тяги в годинному режимь Бшьш докладно змiна тягового (гальмового) зусилля представлено в таблиц 1.
Таблиця 1 - Дослщт данi впливу вщхилень струмiв у гiлках на тягове (гальмове) зусилля ДЕ1
Реж СП-ПП П-ПП СП-ОП3 П-ОП3
А 1,А 30 50 70 30 50 70 30 50 70 30 50 70
Тяга
0,21н 2,1 - - 3,0 - - 2,2 - - 6,8 - -
0,31н 1,8 - - 2,8 - - 2,2 - - 6,1 6,9 9,0
0,41н 1,7 - - 2,4 3,2 - 2,1 2,6 - 5,6 6,3 7,9
0,51н 1,4 2,4 3,9 2,4 3,0 3,3 2,1 2,6 3,8 5,0 6,0 7,5
0,61н 1,4 2,3 3,8 2,3 2,8 3,1 2,0 2,5 3,6 4,0 5,8 7,1
0,71н 1,3 2,3 3,8 2,1 2,9 3,0 2,1 2,4 3,3 4,1 5,3 6,8
0,81н 1,3 2,3 3,7 1,9 2,5 2,8 2,0 2,3 3,2 3,9 4,5 6,7
0,91н 1,1 2,2 3,7 1,7 2,4 2,8 1,9 2,3 3,0 3,7 4,4 6,4
1н 1,2 2,2 3,6 1,7 2,4 2,7 1,8 2,3 3,0 3,7 4,3 6,4
Гальмування
0,21н 5,3 - - 7,7 - - 5,9 - - 17,5 - -
0,31н 5,0 - - 7,0 8,0 11,0 5,8 7,8 14,1 16,0 18,0 26,0
0,41н 4,1 6,4 9,5 6,1 7,0 9,8 5,3 6,5 10,2 15,1 17,2 19,8
0,51н 3,3 6,1 9,3 6,0 6,5 8,3 5,2 6,3 9,5 13,3 16,3 18,8
0,61н 3,5 5,7 8,4 5,8 6,3 7,4 5,0 6,2 9,1 10,0 15,0 16,0
0,71н 3,3 5,8 8,3 5,0 6,0 7,5 4,8 6,0 8,1 10,3 13,9 15,5
0,81н 3,1 5,6 8,0 4,8 5,4 7,1 4,8 5,8 8,0 10,2 12,0 15,4
0,91н 2,9 5,4 7,5 4,5 5,3 7,0 4,7 5,5 7,8 10,0 12,0 15,4
1н 3,0 5,5 7,2 4,3 5,3 6,8 4,5 5,1 7,7 9,3 12,0 15,2
Тут для декшькох режимiв (рядок Реж) i вiдхилень струмiв (рядок Д1,А) 30, 50 i 70А наведет втрати сили тяги при рiзних величинах струмiв якорiв ТЕД (0,11н, 0,21н, ...,1н). Локомотиви, що мають вщхилення Д1, втрачають вiдчутну частину сили тяги. Однак 1хня частка в загальному парку не висока й становить 12-15%, з них бшьша частина пройшла великi види ремонлв iз замiною колесо-моторних блоюв (КМБ). Це дае пiдставу стверджувати, що надалi ситуацiя зi струморозподшенням буде
попршуватися зокрема через необхщшсть замiн i ремонтiв КМБ в умовах неможливост точного пiдбора параметрiв через малий ремонтний фонд.
Крiм вiдхилень у яюрних ланцюгах, е також вщхилення в ланцюгах збудження. 1х також можна визначити за допомогою системи дiагностики. Як видно з рисунка 3, величини А1в не дуже велию, але повиннi бути враховаш, тому що безпосередньо впливають на величини струмiв якорiв. У гальмовому режимi рiзниця струмiв збудження збшьшуеться й стае бiльш значною.
А!в,%1 2 1
Рисунок 3 - Розподiл вiдхилень струмiв у ланцюгах збудження ТЕД
при 0,9Рн, СП-ОП3
При розглядi впливу нерiвномiрностi струморозподiлу на тяговi властивостi електровозiв ВЛ8 немае можливост оперувати таким об'емом шформацй, як при дослiдженнi ДЕ1. Амперметри встановленi лише в ланцюгах 3-4 i 7-8 ТЕД, дозволяючи контролювати навантаження двох гiлок на серiес-паралельному i паралельному з'еднаннях. Таким чином, залишаються невiдомими струми 1-2 i 5-6 ТЕД при паралельному з'еднанш. Вони були визначенi розрахунковим шляхом зпдно з даними про швидюст характеристики (iз протоколiв випробувань), дiаметри бандажiв, величини перехiдних контактних опорiв електроапаратiв i опорiв обмоток.
Для розрахунку силовий ланцюг локомотива представляемо у виглядi схеми на рисунку 4.
А
в
Рисунок 4 - Спрощена розрахункова схема силового ланцюга
Тут: Е1, Е2, Е3, Е4 - сумарш противо-ерс двигушв одше! гшки; 1в1, 1в2, 1в3, 1в4 - струми по паралельних гiлках; икс - напруга контактно! мережi; 1кс - струм силового ланцюга до розгалуження; Я1, Я2, Я3, Я4 -омiчнi опори гшок; Яо - опiр ланцюга до розгалуження.
В даному випадку найбшьш прийнятний метод вузлово! напруги. Складемо рiвняння першого закону Кирхгофа для вузла А схеми.
1в 1+1в2+1в3+1в4-1кс=0 .
(1)
Струм у першiй гiлцi виразимо через напругу мiж вузлами А i В:
1в1=(Е1 - илв)/Я1=(Е1 - илв)01.
(2)
Аналогiчно струми в iнших гiлках:
1в2=(Е2 - илв)/Я2=(Е2 - илв)б2; 1в3=(Е3 - илв)/Я3=(Е3 - илв)б3; 1в4=(Е4 - илв)/Я4=(Е4 - Илв)04;
1кс=(икс - илв)/Яо=( икс - илв)05.
(3)
I
Тодi для вузла А маемо: (Е1 - илв)а1+(Б2 - илв)а2+(Б3 - Илв)а3+(Е4 - Илв^ - ( Икс - Илв)05=0. Звiдси одержуемо вираз для визначення мiжвузловоl напруги:
Е101 + Е2в2 + Е303 + Е4в4 - и 05
иАВ =--— (4)
Ав 01 + 02 + 03 + 04 + 05 '
Пiсля розрахунку мiжвузловоl напруги илв визначаються струми в гiлках по формулах (3).
Локомотив робив дослщну по!здку з динамометричним вагоном i визначалася реалiзована сила тяги. Результати по!здок порiвнювалися з розрахунковими й на пiдставi цього робилися висновки про вплив рiзницi струмiв на силу тяги. Отримаш данi наведенi в таблиц 2.
Таблиця 2 - Дослщш данi впливу вiдхилень струмiв у гшках на тягове зусилля ВЛ8
Реж СП-ПП П-ПП СП-ОП3 П-ОП3
А I 20 50 80 20 50 80 20 50 80 20 50 80
Тяга
0,51н 0,8 1,3 1,6 1,1 1,9 2,9 0,9 1,6 2,2 1,2 2,2 3,8
1н 0,8 1,1 1,4 1,0 1,7 2,8 0,8 1,6 2,0 1,2 2,9 3,7
Як свiдчить таблиця 2, нерiвномiрний струморозподiл iстотно знижуе тяговi якостi електровозiв ВЛ8. Зпдно зi статистичними даними, iстотнiй рiзницi струмiв пiддаються 85% експлуатованих локомотивiв ВЛ8, а середня величина рiзницi - 35 А [9]. Тобто можна говорити про значне недовикористання тягових якостей.
Висновки. У статл зроблений аналiз схильност до нерiвномiрного струморозподiлу силових ланцюпв електровозiв ДЕ1 i ВЛ8. Аналiз ДЕ1 виконаний з використанням убудовано! системи дiагностики «Магiстраль-ДЕ1», а ВЛ8 - з використанням дослщних по!здок з вантажним вагоном i розрахункових даних. У режимi гальмування вiдхилення струмiв якорiв бiльш значш, чим у тяговому режимi. Так для ДЕ1 при гальмуванш струмами 0,51н рiзниця в навантаженнях може досягати 90-110А, тодi як при тязi максимальна рiзниця для цього дiапазону струмiв склала 32 А. Це приводить до рiзноl температури на^вання обмоток, рiзним зусиллям у
колес-моторних блоках ^ нарешт до зниження сили тяги локомотива, що може досягати 6-7%. Кшьюсть локомотивiв ДЕ1, шдданих iстотнiй рiзницi струмiв в тепершнш час не велика. Однак можна зробити припущення про !! збшьшення в майбутньому через обмежене число запасних частин i неможливють в точностi через це виконати ремонтш вимоги. Чисельнiсть ВЛ8, що мають рiзницю в струмах значно бшьше, тому що !хне зношування досягае гранично! величини.
Зниження тягових якостей локомотивiв приводить до перевитрати електроенергi! на тягу, а в деяких випадках до перевантажень окремих тягових електродвигушв, що особливо небезпечно для сильно зношених НБ-406Б.
Таким чином, усунення нерiвномiрностi струморозподшення в силових ланцюгах локомотивiв е важливим технiчним завданням, рiшення якого приведе до зниження експлуатацшних i ремонтних витрат. Необхщно розробляти спецiальнi пристро! й заходи, що дозволяють звести до мшмуму зазначений недолiк.
Список лтератури
1. Исаев И. П. Стабильность характеристик электрических локомотивов. - М.: Трансжслдориздат, 1956. - 118 с.
2. Исаев И.П. Допуски на характеристики электрических локомотивов. - М: Трансжелдориздат, 1958. -53 с
3. Тулупов В.Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения электроподвижного состава. - М.: Транспорт, 1976. - 386 с.
4. Тихменев Б. Н., Трахтман Л. М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. М.: Транспорт, 1980. 471с
5. Винокуров В.А, Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. М.: Транспорт,1986. 511 с.
6. Должиков С.Н., Парамзин В.П., Сенкевиц И.В. Граф-модель тягового электродвигателя тепловоза. Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава. ОмИИТ. Омск:1978
7. Электровоз ВЛ8. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1971. 311 с.
8. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам. Том 1 Под ред. А. И. Тищенко. М.:Транспорт 1976, 432 с.
9. Черняк Ю. В., Горобченко А. Н. Влияние отклонения скоростных характеристик на токи тяговых электродвигателей. Зб1рник наукових праць Дон1ЗТ, вип. 2. Донецьк - 2005
