CC BY
4
The article analyzes the process of unloading a gondola car on a car dumper, examines the dynamic loads on the body elements during unloading and their impact on the safety of the car. The results of strength calculations of the gondola car body under the influence of refined dynamic loads from the expiring cargo are presented, which show that the safety margin of the bearing elements of the car body is insufficient at critical angles of rotation of the rotor of the car-thrower. The research was carried out using modern computer modeling methods used in the development of new generation freight car designs. The implementation of the results obtained at the design stage of innovative structures of gondola car bodies will make it possible to predict the operational parameters of load-bearing structures. The presented studies are aimed at improving the safety and operational reliability of the freight car fleet.
Key words: rotary car dumper, safety of the car fleet, safety reserve.
Chepurchenko Ilya Vadimovich, candidate of technical sciences, docent, ilyadrums@rambler.ru, Russia, Kazan, Innopolis, Autonomous non-profit organization of Higher Education «Innopolis University»,
Korkina Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, korkina70@mail.ru, Russia, Samara, Samara State University of Railways
УДК 629.4.016.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-541-544
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ ЛОКОМОТИВА
Н.В. Гребенников
В статье рассматривается задача определения коэффициента полезного действия выпрямительной установки локомотива в условиях эксплуатации. В связи с тем, что большую часть времени локомотивы эксплуатируются с неполной нагрузкой, то для объективной оценки энергоэффективности локомотивов возникает необходимость учитывать влияние недоиспользования мощности выпрямительных установок на процесс преобразования энергии.
Ключевые слова: коэффициент полезного действия, выпрямительная установка, энергоэффективность, мощность, потери.
Тяговые преобразователи применяются на автономных локомотивах с электрическими передачами мощности переменно-постоянного и переменно-переменного тока [1] и служат для преобразования (выпрямления/инвертирования) тока и напряжения. Выпрямительная установка (управляемая/неуправляемая) служит для преобразования переменного трехфазного тока, вырабатываемого трёхфазным синхронным тяговым генератором, в постоянный, для питания звена постоянного тока или тяговых электродвигателей постоянного тока [1].
Особенностью работы выпрямительной установки на тепловозе является большой диапазон токовых нагрузок [2], в широком диапазоне регулирования напряжения синхронного тягового генератора, что является особенностью систем управления электрической передачей мощности локомотива. Исследования опыта эксплуатации локомотивов показывают преобладание режимов работы тягового оборудования с неполной нагрузкой в диапазоне от 0,25 до 0,75 номинальной мощности [3], что снижает энергоэффективность перевозочного процесса [4,5].
Известно, что коэффициент полезного действия выпрямительной установки в основном зависит от потерь в вентилях от прямого тока нагрузки и от добавочных потерь, включающих потери от обратных токов вентилей, потерь в предохранителях и ошиновки, коммутационных потерь, потерь в сигнальной и защитной аппаратуре [6]. Основную долю всех потерь в выпрямителе составляют потери в вентилях от прямого тока нагрузки.
На тепловозах применяются выпрямительные установки с высоким коэффициентом полезного действия, который находится в диапазоне от 0,98 до 0,995. При этом следует отметить, что у управляемых выпрямительных установок, коэффициент полезного действия немного ниже, чем у неуправляемых, что обусловлено выбором другой элементной базы. Пример зависимости коэффициента полезного действия выпрямительной установки от тока приведен на рис. 1.
541
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 2
101)0 2 ООО 101)11 4 (НИ) 501)0 6000 7000 i. а
Рис. 1. Зависимость коэффициента полезного действия выпрямительной установки от тока
При определении энергоэффективности локомотива обычно используют зависимость КПД от тока цву (I) Для номинального напряжения или для номинальной мощности. Однако, для одной и той
же выпрямительной установки при одинаковых токах нагрузки коэффициент полезного действия выше, если мощность нагрузки больше (т.е. выше выпрямленное напряжение иё), что объясняется преобладанием омических потерь, которые пропорциональны квадрату силы тока.
Поэтому для анализа энергоэффективности процессов в электрической передачи мощности предлагается применять формулу с учетом реализуемой мощности и использованием фиксированного значение (упрощенный метод) коэффициента полезного действия выпрямительной установки равного номинальному значению
Цву - РУ- - Р Рур , (1)
РСТГ РВУ в УРВУ
где Рву - мощность на зажимах выпрямительной установки, определяется произведением действующего значения тока и напряжения; Рстг - мощность на зажимах синхронного тягового генератора; УРву
- потери мощности в выпрямительной установке.
Тогда потери мощности в зависимости от тока определяются по формуле
( 1 А УРву (I)---1
Цву
■ I и н - к
ву
■ I,
(2)
где цВу - номинальное значение коэффициента полезного действия; ин - номинальное значение напряжения; кву - коэффициент потерь выпрямительной установки от тока, т.е.
( , А
кву -
1
Цнву
■-1
■ и н
(3)
При необходимости более точного определения потерь в выпрямительной установке, необходимо учитывать зависимость изменения коэффициента полезного действия от тока, тогда формула для определения потерь мощности примет вид
( А
УРву (i )-
1
цвну (I)
-1
■ рн
(4)
где Ц^у (I) - зависимость коэффициента полезного действия от тока нагрузки для номинальной мощности тягового генератора при гиперболической внешней характеристике.
В результате, окончательно получаем формулу для определения коэффициента полезного действия выпрямительной установки для любых эксплуатационных режимов: - упрощенная
РВУ (5)
ЦВУ (, РВУ )-"
вкву ■ I
уточненная
ЦВУ (, РВУ )-"
ГВУ + КВУ
РВУ
РВУ'
ЦРВУ (I)
-1
■ Рн
Пример зависимости коэффициента полезного действия от тока и мощности показан на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость коэффициента полезного действия выпрямительной установки от тока
и мощности
Разработанный метод определения коэффициента полезного действия с применением паспортных характеристик выпрямительной установки позволяет аналитически определить коэффициент полезного действия в зависимости от тока и мощности, что повышает точность определения энергоэффективности локомотива в условиях реальной эксплуатации.
Список литературы
1. Курилкин Д.Н. Определение затрат энергии в синхронных тяговых генераторах тепловозов при различных режимах нагружения // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2022. Т. 19. № 2. С. 286-297. DOI 10.20295/1815-588X-2022-19-2-286-297.
2. Мазнев А.С., Евстафьев А.М. Энергосберегающий тяговый привод постоянного тока // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2008. № 2. С. 25-35.
3.Гребенников Н.В. Анализ энергетической эффективности эксплуатации пассажирского тепловоза ТЭП70БС // Вестник транспорта Поволжья. 2022. № 5(95). С. 17-22.
4.Зарифьян А.А., Гребенников Н.В., Талахадзе Т.З. Концепция повышения энергетической эффективности тепловозной тяги // Интернет-журнал Науковедение. 2017. Т. 9. № 6. С. 107.
5.Зарифьян А.А. Показатели энергетической эффективности грузовых магистральных электровозов в различных условиях эксплуатации // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. 2019. № 2(46). С. 28-35.
б.Михальчук Н.Л., Курилкин Д.Н., Урушев С.В., Макарова Е.И. Энергетическая эффективность полупроводниковых преобразователей локомотивов // Электротехника. 2018. № 10. С. 15-20.
Гребенников Николай Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, grebennikovnv@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
CALCULA TION OF THE EFFICIENCY OF THE RECTIFIER PLANT OF THE LOCOMOTIVE
N.V. Grebennikov
The article considers the problem of determining the efficiency of a locomotive rectifier under operating conditions. Due to the fact that most of the time locomotives are operated with partial load, for an objective assessment of the energy efficiency of locomotives, it becomes necessary to take into account the impact of un-derutilization of the power of rectifier installations on the energy conversion process.
Key words: efficiency, rectifier plant, energy efficiency, power, losses.
Grebennikov Nikolay Vyachaslavovich, candidate of technical sciences, docent, grebenni-kovnv@mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
