CC BY
5
УДК 629.4.015
Источник питания для позиции безразборной диагностики подшипников
А. П. Зеленченко, А. А. Богдан, М. Ш. Шадмонходжаев
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Зеленченко А. П., Богдан А. А., Шадмонходжаев М. Ш. Источник питания для позиции безразборной диагностики подшипников // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2021. - Т. 18. - Вып. 4. - С. 554-560. БО1: 10.20295/1815-588Х-2021-4-554-560
Аннотация
Цель: Рассмотрены два возможных варианта источников питания: управляемая трехфазная мостовая схема выпрямления с понижающим трансформатором и импульсный преобразователь, получающий питание от сети через неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель для приведения во вращение с требуемой частотой колесно-моторных блоков электровозов и электропоездов на позиции безразборной диагностики подшипников. В обоих случаях предполагается, что источники питания получают электроэнергию от сети 380/220 В, 50 Гц. Нагрузкой источника питания являются тяговые двигатели электропоездов ЭР2Р, ЭР2Т, ЭТ2, ЭТ2М и электровоза ВЛ-10. Методы: Используется математическое моделирование в среде Ма1ЪаЬ/81ти1тк к аналитическим расчетам. Результаты: Были определены токи и напряжения нагрузки, на основании расчетов углы регулирования и коэффициенты мощности выпрямителя с понижающим трансформатором, коэффициент заполнения импульсного преобразователя. Практическая значимость: Предложен вариант энергоэффективного источника питания, включающего в себя неуправляемый выпрямитель и импульсный преобразователь.
Ключевые слова: Электроподвижной состав, виброакустическая диагностика, позиции безразборной диагностики подшипников, источники питания, выпрямитель, импульсный преобразователь, понижающий трансформатор.
Источник питания предназначен для приведения во вращение с требуемой частотой колес-но-моторных блоков электровозов и электропоездов на позиции безразборной диагностики подшипников.
Рассматриваются два возможных варианта источников питания:
- управляемая трехфазная мостовая схема выпрямления (мост Ларионова) с понижающим трансформатором (рис. 1, I);
- импульсный преобразователь, получающий питание от сети через неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 1, II).
В обоих случаях предполагается, что источники питания получают электроэнергию от сети 380/220 В, 50 Гц. Нагрузкой источника питания являются тяговые двигатели электропоездов ЭР2Р, ЭР2Т, ЭТ2, ЭТ2М и электровоза ВЛ-10.
Параметры тяговых двигателей приведены в табл. 1.
Цель статьи - рассмотрение предлагаемых вариантов источников питания на основании оценки эффективности энергопотребления. В качестве критерия эффективности энергопотребления используется коэффициент мощности, поскольку он является комплексным по-
380/220 В 50 Гц
380/220 В, 50 Гц
н
Рис. 1. Управляемый трехфазный трансформаторный выпрямитель (I) и безтрансформаторный трехфазный выпрямитель с импульсным преобразователем (II): Ф - фильтр; Н - нагрузка
ТАБЛИЦА 1. Параметры тяговые двигателей
Показатели Характеристики двигателей типа
1ДТ-003 ТЛ2К1
Требуемая частота вращения при диагностике, об/мин 150
Сопротивление обмоток якоря, Ом 0,0715 0,0317
Сопротивление обмоток главных полюсов, Ом 0,13 0,025
Сопротивление обмоток добавочных полюсов, Ом 0,021 0,0365
Сопротивление компенсационных обмоток, Ом -
казателем эффективности энергопотребления и характеризует степень нежелательного влияния источника питания как потребителя реактивной мощности и генератора высших гармоник на питающую сеть [1-10].
На основании математического моделирования в среде Ма^аЬ/БтиПпк были определены величины токов (I) и напряжений нагрузки
(Ц): н
Двигатель 1ДТ-003 ТЛ2К1
I, А 9,2 30,2
н' ' '
и, В 70 132
В результате расчетов при коэффициентах трансформации понижающего трансформатора к = 2, 3, 4, 5 были определены углы регулирования выпрямителя а и коэффициенты мощности Км (табл. 2).
Угол регулирования а определяется зависимостью
а = агссо8(ин/(Ксх ■
где коэффициент схемы Ксх= 2,34; Е2 - действующее значение фазной электродвижущей силы вторичной обмотки трансформатора.
Коэффициент мощности определяется соотношением
Км = ки(0 ■ с°8(а + у/2)
в котором у - угол коммутации, принимаемый равным 0; к^ = 0,955 - коэффициент искажения формы тока, потребляемого из сети.
На рис. 2 приведены зависимости а = / (к) и Км = / (к) для разных двигателей.
ТАБЛИЦА 2. Углы регулирования выпрямителя и коэффициенты мощности
Показатель Коэффициент Двигатель
трансформации, k 1ДТ-003 ТЛ2К1
2 74,26 59,18
а 3 65,96 39,74
4 57,08 -
5 47,19 -
2 0,27 0,51
cosa 3 0,41 0,77
4 0,54 1,03
5 0,68 1,28
2 0,26 0,49
K м 3 0,39 0,73
4 0,52 -
5 0,65 -
Рис. 2. Зависимости а = f (k) (I) и K = f (k) (II) для двигателей 1ДТ-003 и ТЛ2К1
Рис. 3. Схема, иллюстрирующая принцип ИРН: - обратный диод; Ь - сглаживающий реактор; Я, ОВ - якорь и обмотки возбуждения тягового двигателя соответственно
Было установлено, что увеличение коэффициента трансформации понижающего трансформатора позволяет уменьшить угол регулирования и увеличить коэффициент мощности выпрямительной установки. Однако при росте коэффициента мощности источника питания появляется возможность импульсного регулирования напряжения (ИРН) (рис. 3), суть которого состоит в превращении постоянного входного напряжения Ц в последовательность импульсов с помощью импульсного преобразователя (ИП).
Независимо от конструктивного исполнения ИП является ключом, с помощью которого осуществляются подключение и отключение напряжения Ц к нагрузке.
На рис. 4 представлены временные диаграммы мн(0, ¿н(0, иллюстрирующие принцип ИРН. Изменяя временные параметры импульсов
T, величина T регулирует среднее напряжение на нагрузке U.
ИРН может быть реализовано двумя способами:
- частотным:
T = const, T = Var;
e ' '
- широтным:
T = Var, T = const.
e
Приведем данные расчетов коэффициента заполнения импульсного преобразователя:
Двигатель 1ДТ-003 ТЛ2К1
Ud, В 514,8
X 0,136 0,256
Следовательно, в результате проведенной работы установлено, что:
1) при требуемых нагрузках управляемая трехфазная мостовая схема выпрямления с понижающим трансформатором имеет низкие значения коэффициентов мощности;
2) коэффициент мощности импульсного преобразователя, получающего питание от сети переменного тока через неуправляемый выпрямитель при тех же нагрузках, равен 1, что обеспечивает требуемые параметры регулирования токов и напряжений.
Библиографический список
1. Шадмонходжаев М. Ш. Позиция диагностики межкатушечных соединений тягового двигателя / М. Ш. Шадмонходжаев, А. П. Зеленченко // Транспорт: проблемы, идеи, перспективы. - 2019. - № LXXIX. - С. 78-81.
2. Шадмонходжаев М. Ш. Позиция виброакустической диагностики подшипников качения электрического подвижного состава / М. Ш. Шадмонходжаев, А. П. Зеленченко // Тяговый подвижной состав. -2019. - № 210. - С. 80-81.
3. Зеленченко А. П. Основы диагностики подшипников качения электрического подвижного состава: учеб. пособие / А. П. Зеленченко, Н. В. Орехова, Д. В. Федоров. - СПб.: ПГУПС, 2001. - 28 с.
4. Зеленченко А. П. Техническая диагностика электрического подвижного состава: учеб. пособие / А. П. Зеленченко, А. Е. Цаплин, И. А. Ролле. - СПб.: ПГУПС, 2016. - 67 с.
5. Определение состояния подшипникового узла методом акустической эмиссии: метод. указания к ла-
бораторной работе / сост. А. П. Зеленченко. - СПб.: ПГУПС, 2004. - 8 с.
6. Плакс А. В. Диагностика тяговых двигателей электрического подвижного состава: учеб. пособие / А. В. Плакс, А. П. Зеленченко, А. П. Бояринов. - СПб.: ПГУПС, 1999. - 34 с.
7. Зеленченко А. П. Надежность электрического подвижного состава: учеб. пособие / А. П. Зеленчен-ко. - СПб.: ПГУПС, 2001. - 36 с.
8. Зеленченко А. П. Устройства диагностики тяговых двигателей электрического подвижного состава / А. П. Зеленченко. - М.: МПС РФ, Департамент кадров и учебных заведений, Учеб.-метод. кабинет, 2002. - 37 с.
9. Зеленченко А. П. Диагностические комплексы электрического подвижного состава: учеб. пособие / А. П. Зеленченко, Д. В. Федоров. - М.: Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2014. - 112 с.
10. Зеленченко А. П. Информационные технологии и системы диагностики при эксплуатации и обслуживании электрического подвижного состава: учеб. пособие / А. П. Зеленченко, В. О. Иващенко. -СПб.: ПГУПС, 2017. - 50 с.
Дата поступления: 21.10.2021 Решение о публикации: 26.10.2021
Контактная информация:
ЗЕЛЕНЧЕНКО Алексей Петрович - канд. техн. наук, доц.; v-ze1enchenko46@mai1.ru БОГДАН Антон Анатольевич - канд. техн. наук, доц.; antonbogdan79@mai1.ru ШАДМОНХОДЖАЕВ Муродилла Шухратил-лаевич - аспирант; smurodi11a@gmai1.com
Power supply for a CIP position for bearings
A. P. Zelenchenko, A. A. Bogdan, M. Sh. Shadmonkhodzhaev
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Zelenchenko A. P., Bogdan A.A., Shadmonkhodzhaev M. Sh. Power supply for a CIP position for bearings. Proceedings of Petersburg State Transport University, 2021, vol. 18, iss. 4, pp. 554-560. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2021-4-554-560
Summary
Objective: Two possible options for power sources are considered: a controlled three-phase bridge rectifier circuit with a step-down transformer and a pulse converter receiving power from the network through an uncontrolled three-phase bridge rectifier to drive the wheel-motor units of electric locomotives and electric trains into rotation with the required frequency at the position of CIP bearing diagnostics. In both cases, it is assumed that the power supplies receive electricity from the 380/220 V, 50 Hz network. The power source is loaded with traction motors of the ER2R, ER2T, ET2, ET2M electric trains and the VL-10 electric locomotive. Methods: Mathematical modeling is used in the MatLab/Simulink environment for analytical calculations. Results: The currents and voltages of the load were determined, based on the calculations, the control angles and power factors of the rectifier with a step-down transformer, the duty cycle of the pulse converter. Practical importance: A variant of an energy-efficient power supply is proposed, including an uncontrolled rectifier and a pulse converter.
Keywords: Electric rolling stock, vibroacoustic diagnostics, CIP positions for bearings, power supplies, rectifier, pulse converter, step-down transformer.
References
1. Shadmonkhodzhaev M. Sh. & Zelenchenko A. P. Pozitsiya diagnostiki mezhkatushechnykh soyedineniy tyagovogo dvigatelya [Position of diagnostics of coil-to-coil connections of a traction motor]. Transport: prob-lemy, idei, perspektivy [Transport: problems, ideas, prospects], 2019, no. LXXIX, pp. 78-81. (In Russian)
2. Shadmonkhodzhaev M. Sh. & Zelenchenko A. P. Pozitsiya vibroakusticheskoy diagnostiki podshipnikov kacheniya elektricheskogo podvizhnogo sostava [Position of vibroacoustic diagnostics of rolling bearings of electric rolling stock]. Tyagovyypodvizhnoy sostav [Traction rolling stock], 2019, no. 210, pp. 80-81. (In Russian)
3. Zelenchenko A. P., Orekhova N. V. & Fedorov D. V. Osnovy diagnostiki podshipnikov kacheniya elektricheskogo podvizhnogo sostava. Uchebnoye posobiye [Fundamentals of diagnostics of rolling bearings of electric rol-
ling stock. Tutorial]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2001, 28 p. (In Russian)
4. Zelenchenko A. P., Tsaplin A. E. & Rolle I.A. Tekh-nicheskaya diagnostika elektricheskogo podvizhnogo sostava. Uchebnoye posobiye [Technical diagnostics of electric rolling stock. Tutorial]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2016, 67 c. (In Russian)
5. Opredeleniye sostoyaniya podshipnikovogo uzla metodom akusticheskoy emissii. Metodicheskiye ukazaniya k laboratornoy rabote [Determination of the state of the bearing assembly by the acoustic emission method. Methodical instructions for laboratory work]. Compiled by A. P. Zelenchenko. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2004, 8 p. (In Russian)
6. Plaks A. V., Zelenchenko A. P. & Boyarinov A. P. Diagnostika tyagovykh dvigateley elektricheskogo podvizhno-
go sostava. Uchebnoye posobiye [Diagnostics of traction motors of electric rolling stock. Tutorial]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 1999, 34 p. (In Russian)
7. Zelenchenko A. P. Nadezhnost' elektricheskogo pod-vizhnogo sostava. Uchebnoye posobiye [Reliability ofelec-tric rolling stock. Tutorial]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2001, 36 p. (In Russian)
8. Zelenchenko A. P. Ustroystva diagnostiki tyagovykh dvigateley elektricheskogo podvizhnogo sostava [Diagnostic devices for traction motors of electric rolling stock]. Moscow, MPS RF [Ministry of Railways of the Russian Federation] Publ., 2002, 37 p. (In Russian)
9. Zelenchenko A. P. & Fedorov D. V. Diagnostiches-kiye kompleksy elektricheskogo podvizhnogo sostava. Uchebnoye posobiye [Diagnostic complexes for electric rolling stock. Tutorial]. Moscow, Uchebno-metodiches-kiy tsentr po obrazovaniyu na zh.-d. transporte [Training
and Methodological center for education on the railway transport] Publ., 2014, 112 p. (In Russian)
10. Zelenchenko A. P. & Ivashchenko V. O. Infor-matsionnyye tekhnologii i sistemy diagnostiki pri ek-spluatatsii i obsluzhivanii elektricheskogo podvizhnogo sostava. Uchebnoye posobiye [Information technologies and diagnostic systems during the operation and maintenance of electric rolling stock. Tutorial]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2017, 50 p. (In Russian)
Received: October 21, 2021 Accepted: October 26, 2021
Author's information:
Alexey P. ZELENCHENKO - PhD in Engineering, Associate Professor; v-zelenchenko46@mail.ru Anton A. BOGDAN - PhD in Engineering, Associate Professor; antonbogdan79@mail.ru Murodilla Sh. SHADMONKHODZHAEV - Postgraduate Student; smurodilla@gmail.com
