Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных задач развития народного хозяйства Украины является дальнейший всемерный рост эффективности и интенсификации общественного производства, усиление режима экономии в народном хозяйстве. Большое значение придается повышению эффективности работы транспорта, сокращению его простоев и снижению расхода топлива, поэтому создание высокоэкономичпых асинхронных мотор-вентиляторов для тепловозов является важнейшей задачей.
Одним из способов повышения надёжности и экономичности тепловозов является совершенствование вспомогательных приводов, в частности, асинхронных мотор-вентиляторов охлаждающего устройства дизеля.
На современных серийных тепловозах типа 2ТЭ116, оборудованных электрическим приводом вентиляторов на переменном токе, применяется релейное регулирование температурного режима дизеля включением и выключением асинхронных мотор-вентиляторов. Основными недостатками такого регулирования являются: повышенный расход энергии на привод вентиляторов, колебания температуры воды и масла дизеля, тяжелые условия работы мотор-вентиляторов, связанные с частыми пусками их в процессе регулирования температуры дизеля.
С целью уменыпепия расхода энергии на привод вентиляторов на американских тепловозах SD60 фирмы "General Motors" применены двухскоростаые мотор-вентиляторы, а на отечественных тепловозах 2ТЭ121, ТЭ136, 2ТЭ126 -асинхронные мотор-вентиляторы с пневматическим механизмом поворота лопастей. При достаточно хорошем качестве терморегулирования дизелей тепловозов мотор-вентиляторы с поворотом лопастей имеют сложную конструкцию и технологию изготовления механизма поворота лопастей на холдинговой компании (ХК) "Лугансктепловоз". При создании нового грузопассажирского тепловоза 2ТЭ116УП мощностью 2650 кВт в секции ХК "Лугансктепловоз" вьнгу-ждена бьша в 1992 году вернуться к релейному электроприводу вентиляторов, как более простому и надежному.
Одной из актуальных задач современного электромашиностроения является создание асихронных двигателей для систем плавного регулирования производительности вентиляторов, которые снижают энергозатраты на вспомогательный привод, увеличивает надежность работы тепловоза и улучшают качество регулирования температурного режима дизеля.
Наиболее простым и надёжным способом плавного регулирования температурного режима дизеля является фазовый способ регулирования частоты вращения мотор-вентиляторов с широким диапазоном рабочего скольжения, у
которых отсутствует режим "опрокидывания" при уменьшении напряжения на обмотке статора.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнялась по госбюджетным и хоздоговорным темам согласно следующим планам научно-исследовательских работ:
план Всесоюзного промышленного объединения "Союз-тешювозпутъмаш" Министерства тяжелого и транспортного машиностроения СССР, проблема Г81.4.07.001 "Разработать, изготовить, внедрить и провести эксплуатационные испытания асинхронных мотор-вентиляторов и унифицированных тиристорных преобразователей напряжения для питания нагрузок собственных нужд локомотивов" (1986-1990 гг.);
- координационный план АН Украины "Научные основы электроэнерге
тики" региональная научно-техническая программа "Материалоемкость", тема
БЭ1-91 "Совершенствование и исследование электромеханических преобразо
вателей энергии на базе асинхронных двигателей" (1991-1996 гг.).
Важность для народного хозяйства Украины (где отсутствуют разработанные большие запасы нефти) повышения экономичности тепловозов и актуальность проблемы создания регулируемых асинхронных двигателей для экономичных приводов вентиляторов тепловозов определили цель и основные задачи данной диссертационной работы.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является создание регулируемого напряжением на обмотке статора обращенного асинхронного мотор-вентилятора с широким диапазоном рабочего скольжения для снижения затрат энергии на привод вентиляторов охлаждающего устройства и повышение надежности дизеля тепловоза.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
- исследование режимов работы и питания асинхронных мотор-
вентиляторов на тепловозах в эксплуатации;
сравнительный энергетический анализ способов регулирования температурного режима тепловозного дизеля с асинхронными мотор-вентиляторами;
теоретическое исследование электромагнитных процессов и разработка методики расчета и оптимизации асинхронного мотор-вентилятора с широким диапазоном рабочего скольжения (АМВ ЩЦС) при синусоидальном напряжении питания и характеристик его при фазовом регулировании;
экспериментальное исследование опытных образцов мотор-вентилятора с широким диапазоном рабочего скольжения на стенде;
- экспериментальное исследование асинхронного мотор-вентилятора с
широким диапазоном рабочего скольжения на тепловозе в составе автоматиче
ской системы регулирования температуры дизеля.
Решение поставленных задач выполнялось теоретическими и экспериментальными методами с применением вычислительных машин. Теоретические исследования базируются на теории дифференциальных и интегральных уравнений, методах численного и гармонического анализа. При обработке результатов экспериментальных исследований па тепловозе применялись методы теории вероятностей. Экспериментальные исследования проводились как на натурных стендах, так и на тепловозе 2ТЭ116 при реостатных испытаниях внедрённых асинхронных мотор-вентиляторов с широким диапазоном рабочего скольжения.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
решена задача создания регулируемого напряжением асинхронного мотор-вентилятора с широким диапазоном рабочего скольжения с короткозамкну-тым ротором с ферромагнитными элементами (короткозамыкающие кольца) для систем охлаждения дизеля тепловозов, что обеспечивает снижение потерь энергии на дополнительный привод и увеличивает надежность тепловоза;
разработана методика теоретического исследования и расчета регулировочных я зяері^тячееких харакіериешк мишр-ветяляїира с широким диапазоном рабочего скольжения (с медными стержнями и ферромапгатяыми корот-козамыкающнми кольцами) при сшгусоидальном напряжении питания и при управлении от тиристорного преобразователя напряжения;
разработана методика оптимизации конструктивных параметров ротора АіуЮ ПІДС с целью уменьшения среднеэкешгуашционной потребляемой мощности на привод вентиляторов.
На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований предложено новое техническое решение, которое защищено одним авторским свидетельством.
Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем. Разработаны инженерные методики: оптимизации конструктивных параметров АМВ ШДС, расчета регулировочных и энергетических характеристик АМВ ШДС; созданы и внедрены мотор-вентиляторы мощностью 24, 55 кВт для систем терморегулирования дизеля на тепловозе 2ТЭ116. Определена расчетным путем экономия топлива от внедрения АМВ ШДС на тепловозе 2 ГЭ116.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты и разделы работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях Во-ропшловградского машиностроительного института (1988-1993 гг.); всесоюзном научно-техническом совещании "Регулируемые электродвигатели переменного тока" (г. Владимир, 1987 г.); всесоюзном научно-техническом совещании "Электродвигатели переменного тока подъемно-транспортных машин" (г. Владимир, 1988 г.); VIII всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы совершенствования разработки, производства и
применения низковольтных электродвигателей переменного тока" (г. Суздаль, 1988 г.); международных научно-технических конференциях «Проблеми електронної промисловості у перехідний період» (гЛуганск, 1998 г.), "Проблемы развития рельсового транспорта'' (1998-1999 г.).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных изданиях, из них 5 статей в научных журналах Украины, I авторское свидетельство.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и трех приложений.
Объём диссертации составляет 232 страницы, 66 рисунков, из них 34 на отдельных страницах и 16 таблиц, из них 7 на отдельных страницах. Перечень библиографических источников включает в себя 101 наименование, из которых 12 на иностранном языке (на 10 страницах). Приложения к диссертации размещены на 44 страницах.