Научно-технический прогресс ^
УДК 621.313.333
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС6 НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА
В. А. Лавринович, О. Л. Рапопорт, А. Б. Цукублин
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
В статье приведены результаты комплексного исследования тягового электродвигателя электровоза, а также исследований параметров охлаждающего воздуха, сопротивления, влажности и степени старения изоляции ТЭД. Изучено искрение коллекторно-щеточного узла ТЭД при ходовых испытаниях электровозов, для чего использовалась система контроля искрения УКИ-М, разработанная Томским политехническим университетом.
Ключевые слова: тяговый электродвигатель, повышение мощности, уменьшение энергопотребления, коллекторно-щеточный узел, коммутация, электрощетки.
Отличительными особенностями электровоза 2ЭС6, созданного и выпускаемого ООО «Уральские локомотивы», являются: повышение мощности с одновременным уменьшением энергопотребления, применение современной технологии изготовления с использованием сборочных единиц и высокий уровень автоматизации управления и диагностики электровоза, основанной на широком использовании микропроцессорной техники. Для этого потребовались новые технические решения, в том числе в конструкции тяговых электродвигателей (ТЭД) и в силовой схеме электровоза, обеспечивающей работу этих электродвигателей.
Схема предусматривает возможность работы как с независимым возбуждением, являющимся основным, так и с последовательным возбуждением. Имеется два практически независимых канала управления: по току якоря и по току возбуждения. Это позволяет эффективно использовать режим рекуперации. Имеются и другие новые технические решения, которые отражены в различных публикациях и технических документах [1, 2].
Вместе с тем, первые годы эксплуатации электровозов 2ЭС6 показали наличие повышенного числа отказов по разным причинам, но в большей степени связанных с повреждением ТЭД. Поэтому было проведено комплексное исследование ТЭД этого электровоза, которое включало:
- анализ конструкции узлов и электродвигателя в целом и в, том числе, на основе математического моделирования магнитной системы для расчета параметров магнитного поля, а также математического моделирования электрического поля в коллекторной
камере с целью определения концентраторов электрической напряженности;
- анализ технологии четырех заводов-изготовителей тяговых электродвигателей для электровоза 2ЭС6;
- измерение искрения коллекторно-щеточных узлов и анализ коммутации ТЭД разных заводов в процессе ходовых испытаний электровозов 2ЭС6 на полигонах Свердловской ж.д.;
- измерение и анализ перенапряжений на обмотках якорей, возникающих при переключениях контакторов силовой схемы и контакторов защиты, а также сравнение с соответствующими математическими моделями силовой схемы;
- исследование параметров электрических щеток, отличающихся по типу и по производителям и применяемых в разных модификациях ТЭД разных заводов-изготовителей;
- анализ проведения ТР и КР в локомотивном депо Свердловск-сортировочный и на Екатеринбургском электровозоремонтном заводе (ЕЭРЗ).
На представительном количестве электровозов и в разных условиях эксплуатации были проведены также исследования параметров охлаждающего воздуха, сопротивления, влажности и степени старения изоляции ТЭД, при этом применялись самые различные методы комплексного подхода к решению проблемы.
Например, при оценке коммутационных свойств ТЭД изучались магнитные поля в зоне коммутации и их влияние на изменение реактивной ЭДС при нагрузке ТЭД, отличающихся обмоточными данными у четырех разных заводов-производителей ТЭД. Дело в том, что при наличии одного проекта
выпускались модификации электродвигателей, характеристики магнитных систем которых приведены в табл. 1: ГПЗ «Электротяжмаш», г. Харьков (ЭДП810У1), ОАО «Смелянский электромеханеате-ский завод», г. Смела (СТК810У1), ООО «Татэлек-тромаш», г. Набережные Челны (ЭК810Ч), чек-вертый завод ООО «Карпинский электромеханический завод», г. Карпинск (ДПТ810У1 аналогичен ЭДП810У1) в табл. не приведен.
На рис. 1 в качестве примера приведено распределение индукции в воздушном зазоре ТЭД -5
Национальные приоритеты России. 2013. № 3 (10)
зоне дополнительных полюсов, которое показывает компенсирующее действие компенсационной обмотки и обмотки дополнительных полюсов. Окончательное суждение о характере коммутации про -изводилось 1С учетом результатов мониторинга искрения коллекторно-щеточного узла ТЭД при ходовых испытаниях электровозов. Для эт ого исполь зо-валксл сииксма ктнтроля искрения УКИ-М, разра-Вотвнная Тимтким политехническим университе-том Примеры результатов мониторинга при ведены на рис. 2.
Таблица 1
Характеристики магнитных систем в электродвигателях различной модификации
Наименование показателя ЭДП810У1 СТК810У1 ЭК810Ч
Номинальный ток якоря, А 540 540 540
Номинальный ток возбуждения, А 540 540 540
Основной воздушный зазор, мм 4,5 4,5 4,5
Число витков в пазу якоря 8 8 8
Число витков обмотки возбуждения
Число витков обмотки добавочного полюса 15 6 15 6 15 7
Число витков компенсационной обмотки 12 11 11
Воздушный зазор под дополнительнымполю-сом, мм 9,5 7 5,3
Толщина немагнитной прокладки дополнительного полюса, мм ЭДП810У1 СТК810У1 ЭК810Ч
Рис. 1. Распределение индукции магнитного поля в зоне дополнительных полюсов электродвигателя ЭДП810У1
Научно-технический прогресс
т
< 1000
23:00:21 23:01:43 23:03:14 23:04:41 23:06:07 23:07:33 23:09:00 23:10:26 23:11:53 23:13:19 23:14:4Е-
Время В)
Рис.2.Измерениестепениискрения ТЭДприэксплуатационныхиспытанияхэлектровоза2ЭС6: а)изменениеискрения1 ТЭД секции вбаллахпоГОСТ;б) кривыеизменения токовякоряи возбуждения и напряжения1 ТЭД секции, измеряемыеодновременносискрением;в)измененияискрения4-х ТЭДсекции, измеряемого одновременно
четырьмя УКИ-М
Отдельному исследованию подверглись электрощетки, применяемые в разных модификациях ТЭД: EG8220, ЭГ14, ЭГ61, ЭГ61А. Структура и состав материала щеток определялись с помощью электронного микроскопа JSM-7500FA, для измерения параметров щеток использовались также приборы: ультрамикротвердометр DUH-211S,
твердометр (NanoHardnessTester NHT-S-AX-000X, Швейцария), трибометр (PC-Operated High Temperature Tribometer THT-S-AX0000, Швейцария). Были признаны лучшими щетки ЭГ61А завода ЗАО «Электроконтакт», г. Кинешма, а наихудшими - щетки ООО «Урал Морган Карбон», г. Екатеринбург.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Электровоз грузовой постоянного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями: руководство по эксплуатации. - Екатеринбург, 2009.
2. Худорошко М. В., Хазов М. С. Бортовая система диагностирования электровоза 2ЭС6 // Локомотив. - 2011. - № 11. - С. 29.
Лавринович Валерий Александрович - доктор технических наук, профессор, кафедры электроэнергетических систем; Рапопорт Олег Лазаревич - кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханических комплексов и материалов; Цукублин Анатолий Борисович - кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханических комплексов и материалов Национального исследовательского Томского политехнического университета.
© В. А. Лавринович, О. Л. Рапопорт, А. Б. Цукублин, 2013.
3. Рапопорт О. Л. Технология приборной оценки искрения тяговых электродвигателей // Локомотив. - 2010. - № 5. - С. 27-29.
Статья поступила в редакцию 4 декабря 2013 г.