Библиографическое описание:

Литвинов А. В., Попов Д. И., Родина Д. Е. Оценка эффективности применения универсального стенда для испытаний тяговых двигателей [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2017 г.). — М.: Буки-Веди, 2017. — С. 93-99. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/286/12960/ (дата обращения: 12.12.2017).



В статье приводится расчетное обоснование применения универсального стенда для испытаний тяговых двигателей постоянного и переменного тока методом их взаимной нагрузки [1–3]. Для удобства проведения оценки эффективности указанного стенда, выполним условное разделение схемы универсального стенда на две части:

‒ первая часть — схема для испытаний тяговых двигателей постоянного тока (рисунок 1);

‒ вторая часть — схема для испытаний асинхронных тяговых двигателей (рисунок 2).

Схема расчета - 1 вариант

Рис. 1. Схема расчета мощности, потребляемой из сети, при проведении испытаний двигателей постоянного тока методом взаимной нагрузки в номинальном режиме: ПЧ1 — первый преобразователь частоты; ПЧ2 — второй преобразователь частоты; ЛП — линейный преобразователь; ВДП — вольтодобавочный преобразователь; Д — двигатель, работающий в режиме двигателя; Г — двигатель, работающий в режиме генератора; М — муфта, соединяющая испытуемые двигатели

На приведенных схемах (рисунки 1 и 2) стрелками показаны направления передачи мощности (энергии) в процессе работы основных элементов схем испытаний, а также приблизительные значения коэффициентов полезного действия основных элементов схемы: испытуемого двигателя, нагрузочной машины (генератора), преобразователей частоты и его составляющих (выпрямительной установки, звена постоянного тока, инвертора) при работе испытуемого двигателя на номинальной нагрузке.

Расчет проведем на примере тягового двигателя пульсирующего тока НБ 418К6 с номинальным напряжением на зажимах 900 В, часовой мощностью 775 кВт, часовым током 915 А.

В качестве критерия для оценки эффективности предлагаемой схемы испытаний выбрана величина потребляемой из сети мощности, необходимая для компенсации потерь в схеме испытаний [4]. При анализе схем испытаний выбраны реальные тяговых электродвигатели постоянного и переменного тока, эксплуатируемые на локомотивах российских железных дорог.

Выполним расчет мощности линейного преобразователя Рлп по формуле, Вт,

(1)

где — потери в меди, Вт;

— потери в стали, Вт;

— добавочные потери, Вт;

— потери в местах трения щеток о коллектор, Вт;

— потери на трение в подшипниках, Вт.

Схема расчета - 2 вариант

Рис. 2. Схема расчета мощности, потребляемой из сети, при проведении испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки в номинальном режиме: ПЧ1 — первый преобразователь частоты; ПЧ2 — второй преобразователь частоты; ЗПТ1 — первое звено постоянного тока; ЗПТ2 — второе звено постоянного тока; И1 — первый инвертор; И2 — второй инвертор; Д — двигатель, работающий в режиме двигателя; Г — двигатель, работающий в режиме генератора; М — муфта, соединяющая двигатели

Потери в меди рассчитаем по формуле, Вт,

(2)

где — часовой ток, кА;

— сопротивление обмотки якоря, Ом;

— коэффициент ослабления возбуждения;

— сопротивление главных полюсов, Ом;

— сопротивление добавочных полюсов, Ом;

— сопротивление компенсационной обмотки, Ом;

Потери в стали рассчитаем по формуле, Вт,

(3)

где — масса сердечника, кг;

— удельные потери в стали сердечника, Ом;

— масса зубцов якоря, кг;

— удельное сопротивление зубцов якоря, Ом;

2,5 — падение напряжения под щетками обеих полярностей;

Добавочные потери рассчитываем по формуле, Вт,

(4)

где — коэффициент добавочных потерь;

Потери в местах трения щеток о коллектор найдем по формуле, Вт,

(5)

где — суммарная площадь щеток, см2;

— число щеткодержателей;

— плотность тока под щеткой, А/см2;

— окружная скорость коллектора,

Потери на трение в подшипниках , находим по формуле, Вт,

(6)

где 0,002 — коэффициент

— номинальное напряжение двигателя, В;

— часовой ток двигателя, кА;

Мощность вольтодобавочного преобразователя Рвдп рассчитываем по формуле, Вт,

(7)

Мощность, получаемая двигателем от генератора Рд, рассчитывается по формуле, кВт,

(8)

Мощность, вырабатываемая первым преобразователем частоты Рпч1, рассчитывается по формуле, Вт,

(9)

Мощность, вырабатываемая вторым преобразователем частоты Рпч2, рассчитывается по формуле, Вт,

(10)

Мощность, потребляемая из сети первым преобразователем частоты Рс1, рассчитывается по формуле, Вт,

(11)

Мощность, потребляемая из сети вторым преобразователем частоты Рс2, рассчитывается по формуле, Вт,

(12)

Мощность, потребляемая из сети Рс, определяется по формуле, Вт,

(13)

Далее выполним расчет мощности, необходимой для компенсации потерь, в схеме испытаний асинхронных тяговых двигателей без учета потерь в выпрямительных установках преобразователей частоты (рисунок 2), по следующей формуле, кВт,

(14)

Расчет проведем на примере асинхронного двигателя тепловоза 2ТЭ25А «Витязь» ДТА-350 Т, мощностью 350 кВт,

Полная мощность Рс с учетом потерь в выпрямительных установках преобразователей частоты, потребляемая из сети, определяется по формуле, кВт,

(15)

Рассчитаем мощность, потребляемую из сети, на компенсацию потерь при испытании методом взаимной нагрузки в номинальном режиме тяговых двигателей постоянного и переменного тока по схеме, приведенной на рисунке 3.

Мощность, потребляемая из сети при одновременном испытании асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока, вычислим по формуле, кВт,

(16)

схема расчета - 3

Рис. 3. Схема расчета мощности, потребляемой из сети, при одновременном проведении испытаний двигателей постоянного и переменного тока методом взаимной нагрузки в номинальном режиме: ТАД — тяговый асинхронный двигатель; АГ — асинхронный генератор

Таким образом, величина потребляемой мощности из сети составляет 15,2 % при одновременном испытании асинхронных тяговых двигателей и тяговых двигателей постоянного тока, что говорит о высокой энергоэффективности универсального стенда.

Литература:

  1. Пат. 170708 Российская Федерация, МПК G01R 31/34, 2006. Стенд для испытания асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением / Харламов В. В., Попов Д. И., Литвинов А. В., Данковцев В. Т., Лузин В. М., Молчанов В. В.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщ. — № 2016139744; заявл. 10.10.2016; опубл. 03.05.2017, Бюл. № 13. — 5с.
  2. Пат. 168633 Российская Федерация, МПК G01R 31/34, 2006; G01M15/00, 2006. Стенд для испытания асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением / Харламов В. В., Попов Д. И., Литвинов А. В., Данковцев В. Т., Лузин В. М., Молчанов В. В.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщ. — № 2016139746; заявл. 10.10.2016; опубл. 13.02.2017, Бюл. № 5. — 5с.
  3. Универсальный энергоэффективный стенд для нагрузочных испытаний асинхронных тяговых двигателей и двигателей постоянного тока / В. В. Харламов, Д. И. Попов, А. В. Литвинов. «Известия Транссиба». № 3 (27), 2016. С. 58–66.
  4. Методика определения потребляемой мощности во время испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки с учетом особенностей их питания/ В. В. Харламов, Д. И. Попов, А. В. Литвинов. «Известия Транссиба». Научно-технический журнал. ОмГУПС, № 3, 2015. С. 53–62.
Основные термины (генерируются автоматически): постоянного тока, двигателей постоянного тока, тяговых двигателей, асинхронных тяговых двигателей, испытаний тяговых двигателей, тяговых двигателей постоянного, методом взаимной нагрузки, испытаний асинхронных тяговых, испытаний двигателей постоянного, асинхронных двигателей, тока методом, Схема расчета мощности, универсального стенда, переменного тока, проведении испытаний двигателей, преобразователь частоты, тока методом взаимной, испытания асинхронных двигателей, переменного тока методом, двигателей методом взаимной.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос