CC BY
20
УДК 62-83
В. М. БЕЗРУЧЕНКО, А. В. ШАПОВАЛОВ (ДПТ)
ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТ1 КОМУТАЦIÏ ТЯГОВИХ ДВИГУН1В
В стати показано вплив змiни повiтряних 3a3opiB шд додатковими полюсами на положения середньо1 ль нй' зони безюкрово1 роботи. Запропоновано спосiб прогнозування положення середньо1 лiнiï зони безюкро-во1 роботи залежно вiд ввдхилень геометричних параметрiв магнiтного кола додаткових полюав.
В статье показано влияние изменения воздушных зазоров под дополнительными полюсами на положение средней линии зоны безыскровой работы. Предложен способ прогнозирования положения средней линии зоны безыскровой работы в зависимости от отклонений геометрических параметров магнитной цепи добавочных полюсов.
Influence of the change air clearance under additional pole on position of the centerline of the area of without sparks work are shown in article. The way of the forecasting of the position to centerline of the zone 6e3ÎCKpoBoï work depending on deflections geometric parameter magnetic chain additional pole are offered.
При проведенш квалiфiкацiйних i перюдич-них випробувань тягових електричних машин у них визначають зону найкращо1 комутаци шляхом змши струму в обмотщ додаткових полю-шв. Ця зона дозволяе оцшити комутацшш мож-ливост машини та настрогги додатковi полюси (ДП), змшюючи або число витюв 1хньо1 обмотки, або значення повiтряних зазорiв [1]. Умо-вимося називати «першим» повiтряний зазор мiж наконечником додаткового полюса i якорем, а «другим» - дiамагнiтну прокладку мiж сердечником додаткового полюса та остовом машини. При таких змшах параметрiв додаткових полюшв змiнюегься iндукцiя Вк в зош ко-мутацiï, комутацiйна ЕРС ек, що дозволяе максимально наблизитися до умов безiскровоï комутаци, коли комутацшна ЕРС дорiвнюе i про-тилежно спрямована стосовно реактивного ЕРС ер , тобто виконуеться рiвнiсть ек = ер .
Таким чином, змшюючи ЕРС додаткових полюшв, визначають зону безiскровоï роботи. В обидва боки за межами ще1' зони безюкрова робота машини виявляеться неможливою.
Положення середньоï лiнiï, що лежить мiж верхньою та нижньою границями безiскровоï зони, якi отримаш позитивним i негативним шдживленнями обмотки додаткових полюшв, характеризують якiсть виконання цих полюсiв. 1деальним е зб^ середньо1' лiнiï з вiссю абсцис.
Анашзуючи виробничi вщхилення вiд крес-лярських розмiрiв, у припустимих або неприпу-стимих межах, можна помгшти, що вони спри-чиняють змши МРС додаткових полктав та ш-дукцiï Вк. Останне, в свою чергу, приводить до змши положення середньо!' лшп безiскровоï зо-
ни, сильне вщхилення яко1' вщ осi абсцис збшь-шуе комутацшну напруженiсть машини.
Як вiдомо, на процес комутацiï великий вплив роблять МРС якоря, компенсацшно1' обмотки та головних полюшв, магнiтний потш яких за певних умов може проникати в зону комутацiï [1]. Поряд з шшими факторами, останне можливо в результат технологiчних i виробничих вiдхилень у розмiрах деталей при виготовленнi i ремонт тягових двигунiв. Тому, становить штерес виявити вплив таких вщхи-лень на положення середньо1' лши зони безюк-рово1' роботи.
Вплив повпряних зазорiв пiд ДП на серед-ню лшю безiскровоï роботи машини визнача-еться формулою, запропоновано1' В.Т. Касъяно-вым [2], по якш новий повiтряний зазор може бути визначений як:
0„ов =-
S
, AI ©
1 +---
(1)
1я ©-1
де 1я — струм навантаження, для якого потрiб-
но вщрегулювати додатковi полюси; AI — вщ-повiдному цьому струму вiдхилення середньо1' лiнiï областi безiскровоï роботи вщ осi абсцис; S — колишне значення повiтряного зазору; © — вщношення МРС додаткових полюсiв i компе-нсацiйноï обмотки до МРС реакцл якоря, що дорiвнюe:
©= 2p(wm + wK0 )I =
N т --I • ал
4а д
N • ад
(2)
У вираженш (2) p i a вщповщно числа пар паралельних галузей i обмотки якоря; ^дп i wm
- числа виткiв додаткових полюшв i компенса-цiйноï обмотки; N - число провщниюв якоря; ад - число паралельних гшок обмотки ДП. У дослiджуваних нами тягових двигунах завжди
ад = 1.
Варто вiдзначити, що формула (2) дае пра-вильний результат тшьки при вiдносно невеликих змшах зазору, приблизно на ±20 %. Однак, як показали випробування деяких тягових дви-гунiв, формула (2) мае деяю розбiжностi з отриманими даними.
Як вщомо, пов^ряний зазор пiд ДП мiстить у собi «перший» повiтряний зазор мiж ДП та якорем, i «другий» повiтряний зазор мiж ДП i станиною. Оскшьки в другому пов^яному за-зорi мае мiсце велике падшня МРС, а також у ньому замикаються лiнiï розсiювання потоку ДП, то дда «другого» повггряного зазору мож-на вважати вдвiчi бiльш сильнiшою, нiж дiю «першого» зазору.
Звщси
S = S1 +2-52.
(3)
В результат наявних вiдхилень розмiрних дiлянок магнiтного кола ДП, коефщент, що враховуе значення цих вщхилень на змiну фактичного пов^ряного зазору пiд ДП
K5= 1 ±а5и,
(4)
де а5 — вiдносне вiдхилення повiтряного зазо-
в
ру через виробничi допуски.
Отже, загальний вид формули, що показуе залежшсть середньоï лiнiï безiскровоï роботи вiд впливу вiдхилень параметрiв геометричних розмiрiв магнiтного кола ДП, мае виг ляд:
M = (5-K5 -5)•
©-1
5-K5 ©
Kr
(5)
на ±0,15 мм. Допуск на розточення остова шд полюсами становить ± 0,2 мм, допуск на дiа-метр якоря ± 0,2 мм. Для виконання «другого»
повiтряного зазору застосовуються дiелектрич-нi прокладки, якi, вщповщно до ГОСТ 12652-74Е [4], мають вiдповiднi вiдхилення вiд крес-лярських розмiрiв ±0,5 мм. З огляду на щ фак-тори, «перший» пов^ряний зазор може змши-тись в межах 5,5 ± 1,05 мм, а «другий» — в межах 4,5 ± 0,5 мм. Однак, як показують статис-тичнi данi, щ значення можуть змiнюватись в бшьш широких межах.
На пiдставi випробувань була отримана зона безюкрово! роботи тягового двигуна НБ-514, середня лшя яко! при значеннях 5 = 14,5 мм представлена на рис. 1.
При номшальних розмiрах фактичний пов> тряний зазор, згiдно (3), дорiвнюe:
5 = 5,5 + 2 • 4,5 = 14,5 мм. (6)
Зпдно (3), з урахуванням вщхилень, ця величина еквiвалентного зазору може дорiвнювати
вiд 5' = (5,5 +1,05) + 2• (4,5 + 0,5) = 16,55 мм до 5'' = (5,5 -1,05) + 2 • (4,5 - 0,5) = 12,45 мм.
Тод^ зпдно (4)
*5-= 1 + С5 =1,14,
В
К5„ = 1 -с5 =0,86.
в
Наприклад, при е^валентному зазорi 5 ' та струмi якоря 900 А вщхилення середньо! лшп складе:
M = (14,5 -1,14 -14,5)-
900
Присутнш у формулi (5) емтричний коеф> цiент Kj, враховуе вплив рiзних факторiв на змшу значень M. Аналiз результатiв експери-ментiв тягових двигушв показав, що, з достат-шм ступенем точностi, можна прийняти Kj = 0,6. На пiдставi викладеного простежимо, яким же чином виробничi вiдхилення вплинуть на положення середньо1' лiнiï зони безiскровоï роботи тягового двигуна НБ-514, у якого 5j = 5,5 мм, а 52 = 4,5 мм.
Вщповщно до техшчно1' документацiï допу-скаються вщхилення по висот сердечника ДП
14,5-1,14
1 24 -1
х^--0,6 = 12,8A
1,24
Даш, отримаш в результап обчислень, при рь зних струмах навантаження та рiзних вщхилен-нях повiтряних зазорiв, представленi в табл. 1.
Таким чином, в результат виробничих вщ-хилень, положення середньо1' лiнiï зони безюкрово!' роботи змiщуеться в ту або шшу сторону. Це свiдчить про те, що додатковi полюси ста-ють «слабкими» або «сильними» i, як наслщок, погiршуються комутацiйнi властивосп машини, що може привести до штенсивного iскрiння. Представленi в таблиц 1 розрахунковi параме-три кореспондуються з експериментальними даними, наведеними в [3]. Аналопчш результа-ти отримаш при проведенш випробувань нових тягових двигунiв СТК520 та СТК800, виготов-
х
лених «НВП СЕМЗ» (Смiлянським електроме-хашчним заводом). За результатами таблицi 1 побудоваш графiки (рис.1), якi показують по-ложення середнiх лiнiй при рiзних значеннях зазорiв.
Таблиця 1
Струм на-вантаження, Змша положення середньо! лши безюкрово! зони А/ , А
А 5' =16,55 мм 5" =12,45 мм
900 13 -17,3
1000 14,45 -19,2
1200 17,34 -23
1400 20,23 -26,9
5' =17 мм 5" =12 мм
900 15,44 -21,9
1000 17,16 -24,3
1200 20,6 -29,17
1400 24 -34
5' =17,5 мм 5" =11,5 мм
900 18 -27,4
1000 20 -30,4
1200 24 -36,5
1400 28 -42,6
Висновок. Запропонований у данiй робот спошб прогнозування положення середньо! л> ни зони безюкрово! роботи, залежно вiд вщхи-лень геометричних параметрiв магнiтного кола додаткових полюсiв, знайшов свое експеримен-тальне пiдтвердження i може бути рекомендо-ваний при проектуванш та випробуваннi тяго-вих двигушв електрорухомого складу.
мл 15105- ....... - " ..... ......, ¿*=1?ММ ...... й-16.55 мм
0
<5- ЕКН 1000 1 1100 1 1200 I ■ I 1300 1400 1вл
-10-
-18- ------' 14.5мм
-20-
-25-
-30-
-35- ................ - й"И245мм
•40-
■АЪ-•50- 5"=12им - .* - 1 1 ^ 1,'Ц
Рис. 1
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Безрученко В. М. Тягов1 електричш машини електрорухомого складу. / - Д.: Вид-во Дшпро-петр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Ла-заряна, 2003. - 252 с.
2. Жерве Г. К. Промышленное испытание электрических машин. / - М.: Энергия, 1959.- 463 с.
3. Тяговые электрические двигатели электропоездов, под ред. В. Г. Щербакова - / Новочеркаськ: Наутилус, 1998. - 672 с.
4. ГОСТ 12652-74Е. Стеклотекстолит электротехнический листовой.
Надшшла до редакцп 25.09.2007.
