Научная статья на тему 'Исследование тяговых электродвигателей электровоза 2ЭС6 на основе комплексного подхода'

Исследование тяговых электродвигателей электровоза 2ЭС6 на основе комплексного подхода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
949
85
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ / ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ / УМЕНЬШЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ / КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ / КОММУТАЦИЯ / ЭЛЕКТРОЩЕТКИ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Лавринович Валерий Александрович, Рапопорт Олег Лазаревич, Цукублин Анатолий Борисович

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Лавринович Валерий Александрович, Рапопорт Олег Лазаревич, Цукублин Анатолий Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование тяговых электродвигателей электровоза 2ЭС6 на основе комплексного подхода»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.