CC BY
18
Iznairov Boris Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, bageev1@mail.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Vasin Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, vasin@sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Finogeev Daniil Yurievich, master's, finogeev-89@mail.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
УДК 629
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-570-573
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
П.В. Губарев, А.С. Шапшал, Н.Н. Зинченко
В статье авторами рассмотрены технические характеристики и конструкция выпрямительной установки ВУК-4000Т-02. Описана схема соединения силовых диодов ДЛ153-200-800 в выпрямительной установке ВУК-4000Т-02. Проведены испытания на нагрев данной выпрямительной установки. Получены результаты измерений температуры тепловизором BALTECH TR-01100-RW двух выпрямительных установок ВУК-4000Т-02.
Ключевые слова: локомотив, выпрямительная установка, силовой диод, нагрев, испытания, тепловизор, преобразователь.
Транспортные системы являются важнейшим составным элементом экономики развитых индустриальных государств. Базируясь на современных научно-технических идеях и технологиях, они концентрируют в себе передовые достижения фундаментальной прикладной науки, ставя задачи по созданию новых систем контроля и управления. Одними из основных элементов транспортных систем являются локомотивы, оценка технического состояния работающих узлов которых является актуальной задачей [1, 2].
Наибольшее применение на электроподвижном составе нашли тяговые двигатели постоянного тока. Для выпрямления переменного тока в постоянный ток при питании тяговых двигателей локомотивов используют выпрямительные установки (например, ВУК-4000Т-02).
Технические данные выпрямительной установки ВУК-4000Т-02 представлены
в табл. 1.
Рассмотрим конструкцию выпрямительной установки ВУК-4000Т-02.
Одна выпрямительная установка представляет собой выпрямительный мост, обеспечивающий питание двух, параллельно соединенных тяговых двигателей. Конструктивно выпрямительная установка выполнена в виде двух шкафов прямоугольной формы и может работать только с принудительным воздушным охлаждением [3-6].
В выпрямителях используют полупроводниковые приборы. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении. Для изготовления полупроводниковых вентилей используют германий, кремний, селен и другие материалы. Пластины, изготовленные из этих материалов, после внесения специальных примесей имеют слоистую структуру, в которой чередуются проводимости различных типов - электронная (n) и дырочная (р). В неуправляемых выпрямителях используют неуправляемые вентили - диоды, которые начинают проводить ток, как только к ним прикладывают напряжение, действующее в проводящем направлении. Диоды имеют двухслойную р^^-структуру, для них характерна высокая проводимость в прямом направлении и низкая в обратном. В преобразователях, предназначенных не только для выпрямления, но и для регулирования выпрямленного напряжения и инвертирования (т. е. преобразования постоянного напряжения в переменное) используют полупроводниковые управляемые вентили - тиристоры. Полупроводниковые приборы подразделяют на различные типы по исходному материалу, назначению, конструкции, мощности, виду охлаждения, диапазону рабочих частот и т. д. В силовых цепях электроподвижного состава используют мощные (силовые) кремниевые полупроводниковые приборы с принудительным
воздушным охлаждением. Изоляция токоведущих частей относительно корпуса, а также между плечами моста должна выдерживать в течение 1 мин испытательное напряжение переменного тока частотой 50 Гц - 5000 В. По обеим сторонам каждого шкафа размещены силовые диоды, собранные в блоки, которые закреплены на электроизоляционных панелях [7-10].
Таблица 1
Технические данные выпрямительной установки ВУК-4000Т-02 ^_
№ п/п Наименование параметра Числовое значение Единица измерения
1 Номинальный выпрямленный ток (среднее значение) 3200 А
2 Номинальное выпрямленное напряжение (среднее значение) 1350 В
3 Номинальное напряжение относительно корпуса (эффективное значение) 1500 В
4 Наибольший допустимый нарастающий ток перегрузки в течение 0,05 с не боле 18 кА
5 Время воздействия тока перегрузки 18 кА не более 0,02 с
6 Длительное допустимое обратное напряжение на диоды плеча (амплитудное значение) 2450 В
7 Наибольшее допустимое кратковременное обратное напряжение плеча (амплитудное значение) 5500 В
8 Частота питающей сети 50 Гц
9 Коэффициент полезного действия не менее 99 %
10 Сопротивление изоляции в холодном состоянии между токоведу-щими частями и корпусом не менее 30 Мом
11 Масса выпрямительной установки (двух шкафов) 450 кг
Плечо моста содержит 4 последовательно и 12 параллельно соединенных диодов (рисунок 1). Установка укомплектована диодами ДЛ153-200-8 не ниже 8-го класса. Одна выпрямительная установка содержит 192 диода.
-Ф-
Ж- IIII ■ —чп аиг
Ж Ж Ж Ж Ж Ж Ж
-<а>-
фЛлАлл/,
т/
Рис. 1. Схема соединения силовых диодов ДЛ153-200-800 в выпрямительной установке ВУК-4000Т-02
Для удобства замены силовых диодов в эксплуатации они по значению прямого падения напряжения разбиты на две подгруппы, каждая из которых имеет следующую маркировку:
подгруппа I (0,52; .0,53; 0,54 В) - цвет черный;
подгруппа II (0,55; 0,56; 0,57; 0,58 В) - цвет белый.
Цифра 200 в обозначении диода указывает значение номинального прямого тока диода (200 А); класс диода характеризует значение обратного напряжения или напряжение лави-нообразования; 8-й класс- не менее 869 В.
Максимальная температура перегрева выпрямительных установок составляет 140 °С.
Для всех установок проверяется распределение прямого тока по параллельным ветвям каждого плеча. Отклонения от средних значений не должны превышать ± 10 % [2, 11]. С целью обеспечения разницы не более 0,02 В по параллельным цепям диодов в шкафу выпрямительной установки (согласно Правил ремонта) необходимо проводить подбор по величине падения напряжения каждого диода и потом суммарно.
Проведение тепловых испытаний выпрямительных установок ВУК-4000Т-02 грузового электровоза переменного тока ВЛ80С организовано на испытательной станции электровозо-сборочного цеха завода РЭРЗ с современным оборудованием.
После прогрева секции проведены измерения температуры тепловизором BALTECH TR-01100-RW двух выпрямительных установок и были получены следующие результаты (рис. 2).
Рис. 2. Результаты измерений температуры тепловизором БАЬТЕСИ TR-01100-RW двух выпрямительных установок ВУК-4000Т-02: а - с некачественным подбором силовых диодов в шкафу выпрямительной установки; б - с качественным подбором силовых диодов
При качественном подборе силовых диодов в эксплуатации происходит равномерное распределение токов по параллельным цепочкам выпрямительной установки и, значит, повышение надежности электровозов в эксплуатации.
Список литературы
1. «Железные дороги мира №1, 2005. 51-54: Контроль электротехнических установок с помощью инфракрасной термографии, 2005.
2. Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД"). Руководство по среднему и капитальному ремонту электровозов переменного тока. РК 103.11.431 2006. М.: 2007. 217 с.
3. Чеботарев Е.А. Методы диагностирования систем управления электровозов и электропоездов: учеб. пособие; Рост. гос. ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2001. 80 с.
4. Тептиков Н.Р., Губарев П.В., Коновалов П.Ю., Лященко А.М. Основы технической диагностики: курс лекций; Филиал РГУПС. Минеральные Воды, 2013. 140 с.
5. Лукьянов А.В., Михальчук Н.Л., Капустин Н.И., Лукьянов А.А., Капустин А.Н. Тепловизионный контроль оборудования локомотивов // Железнодорожный транспорт, 2005. № 8. С. 48-50.
6. Гиоев З.Г., Губарев П.В., Глазунов Д.В., Набоков А.Е. Вибрационное прогнозирование как фактор повышения качества ремонта тягового подвижного состава // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2020. № 2 (53). С. 64-71.
7. Тептиков Н.Р., Резниченко А.А., Губарев П.В., Глазунов Д.В. Математические методы принятия решений в системах диагностики и управления на тяговом подвижном составе // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2018. № 1. С. 13-15.
8. Резниченко А.А., Чеботарев Е.А., Тептиков Н.Р., Глазунов Д.В. Оценка безотказности и готовности локомотивов в период нормальной эксплуатации // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2018. № 3 (39). С. 15-22.
9. Чеботарев Е.А., Губарев П.В., Глазунов Д.В. Повышение надежности тяговой зубчатой передачи грузовых электровозов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2017. № 8. С. 379-383.
10. Губарев П.В., Тептиков Н.Р., Глазунов Д.В. Методика расчета ресурса силовых диодов выпрямительных установок электроподвижного состава // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4 (36). С. 33-38.
11. Губарев П.В., Глазунов Д.В., Мищихина Е.С. Анализ системы ремонта и диагностики локомотивов по фактическому состоянию // В сборнике: Труды международной научно-практической конференции «Транспорт-2013». Ростовский государственный университет путей сообщения. 2013. С. 143-144.
Павел Валентинович Губарев, канд. техн. наук, доцент, pavel. gybarev@,yandex. ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Александр Сергеевич Шапшал, канд. техн. наук, доцент, tehn_met@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Николай Николаевич Зинченко, старший преподаватель, kolek.zd@,mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский юридический институт Министерства внутренних дел Российской Федерации
IMPROVING RELIABILITY OF TRACTION ROLLING STOCK CONVERTERS IN OPERATING
CONDITIONS
P.V. Gubarev, A.S. Shapshal, N.N. Zinchenko
In the article, the authors considered the technical characteristics and design of the rectifier unit VUK-4000T-02. The diagram of connection of power diodes DL153-200-800 in rectifier unit VUK-4000T-02 is described. Heating tests of this rectifier were carried out. The results of temperature measurements by BALTECH thermal imager TR-01100-RW two rectifier plants VUK-4000T-02 were obtained.
Key words: locomotive, rectifier, power diode, heating, testing, thermal imager, converter.
Pavel Valentinovich Gubarev, candidate of technical sciences, docent, pavel.gybarev@yandex.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Shapshal Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, tehn_met@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Zinchenko Nikolay Nikolaevich, senior lecturer, kolek.zd@mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation
УДК 620.1.051
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-573-578
СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯГИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
П.С. Гончаров, Н.А. Шуневич, А.Л. Копейка, А.М. Бабин
Процесс создания электрических ракетных двигателей тесно связан с необходимостью измерения их основных показателей и характеристик, к числу которых относится создаваемая тяга. С этой целью специалистами ВКА имени А.Ф. Можайского была разработана система измерения силы тяги, используемая при проведении огневых испытаний электрических ракетных двигателей на вакуумной установке ВУ-М.
Ключевые слова: система измерения тяги, электрический ракетный двигатель, вакуумная установка, эксперимент, тензометрический датчик.
Введение. Одним из направлений развития ракетно-космической техники является разработка электрических ракетных двигателей (ЭРД). Кроме хорошей экономичности ЭРД обладают ресурсом работы в течение тысяч и десятков тысяч часов.
Электрические ракетные двигатели в составе космического аппарата (КА) позволяют обеспечить решение следующих задач:
- освоение дальнего космоса;
- доставка грузов к Луне;
- изменение и корректировка орбит космических аппаратов;
- высокоточное управление КА на орбите и др.
Важным этапом создания ЭРД являются наземные испытания, которые проводятся в вакуумных установках, с использованием сложного стендового оборудования, контрольно-измерительных и исследовательских приборов для измерения:
- расхода рабочего тела (РТ);
- теплового состояния ЭРД;
