Введение к работе
Актуальность. Затагейяэй проблемой, определяющей дальнейшее развитие железнодорожного транспорта, является увеличение пропускной и провозной способностей железных дорог. Один из путей реие-ния этой задачи заключается в повышении скоростей движения поездов, что в свою очередь связано с проблемой повыленил мощности локомотивов и созданием тяговых электрических газин большой мощности с лучшими массотабаритнкми и энергетическими характеристиками.
Качественно новым этапом развития крупного электромашиностроения является применение сверхпроводников в конструкции электрических машин. Использование' сверхпроводников в электрических машинах позволяет на два порядка повысить.плотность гока в обмотке возбуждения и создавать сильные магнитные поля с высокими значениями индукции практически без потерь модности, бильныв магнитные поля позволяю! полностью или частично отказаться от массивного ферромагнитопровода и существенно уменьшить массу машины, исключив при этом потери мощности в стали. Таким образом, наряду с большей единичной мощностьа сверхпроводниковые электрические машины имеют и более высокий к.п.д. по сравнению с электрическими машинами традиционного исполнения.
Преимущества сверхроводниковых электрических .машин явились основанием для проведения исследований по использованию их в промышленности, энергетике и на транспорте, в первую очередь на самолетах и судах. Предложения по использованию сверхпроводниковой техники на локомотивах были выдвинуты кафедрой " Электротехника " ПГУПС, позже появились аналогичные предложения, в том числе и за рубежом.
Современный уровень технологии обеспечивает работоспособность сверхпроводяцкх устройств при скоростях изменения тока % $ 25 кА/с и магнитной индукции ^%.{,^400 Тл/с. Открытие в 1986 г. высокотемпературных сверхпроводников, охлаждаемых жидким азотом ( 77 К ), открыло новые перспективы применения сверхпрододящих устройств на транспорте, поскольку азотная криогенная установка по сравнению с гелиевой имеет существенно меньшие массу и габариты.
Цель и задачи работы. Целью работы является получение решений, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей автономной тяговой электрической передачи. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
I. Исследование электромеханических свойств, массогабарит-ных и энергетических показателей тяговых сверхпроводниковых униполярных машин ( СЛУМ ) .... : .
-
Исследование энергетических характеристик тяговой электрической передачи со-.СПУМ перспективного тепловоза.
-
Исследование внешних магнитных полей'СПУМ и выбор способа их экранирования.
-
Разработка элементов теории совместной работы тяговых СІМ и сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии
( СШН ). ;
5. Создание макетного стенда тяговой электрической переда
чи с униполярными машинами и проверка ее работоспособности в
различных режимах. Экспериментальная.проверка влияния вертикаль
ных и угловых колебаний на работу криостато'в сверхпроводящих
магнитных систем.
-З- *
ІІї2йШа^і^ДЄ|ЩПЕНий._ В работе использованы метода теории электрических цепей, теории электромагнитного поля, теории локомотивной тяги, численные методы решения дифференциальных уравнений и экстремальных задач. Прикладные программы для ПЭВМ разрабатывались на нзкках Паскаль и Бейсик, рабочая програма микропроцессорного кснтроллера - :.:л языке Ассемблрр. Дос.то-Еерность щдполнгнгет исследований оскопана на коррвктнсота постановоїс и решений сфор.\5улі:ролапнкх задач, а также удовлет-' верительной работоспособности униполярных электрических машин в составе макетного стенда тягсвсй передачи.
2?J^^!i2J1^0iy?JBS22iSb^aTHL,
I. Определены глептрсмеханичесяпо свойства тяговых езерх-прозедникозых униполярных дпигателеЯ ( СПУД ).
СПУМ.л СІНІІ..
' 4. Предложена шгкенернал кетодина оценки экономии топлива при совместной работе тягового-сверхпроводтакового униполярного генератора { СІІУГ ) и СПИН на СПУД в ражмо тяги.
Практическое значение.. Предложенные методики расчета и прикладные программы-'позволяют рассчитывать технико-экономические характеристики тяговых СШ'Л и электрической-передачи в целом. Полученные результаты могут быть использованы при проведении проектно-исследовательских работ по созданию мощных автономных транспортных объектов со сверхпроводниковш оборудованием.
Апробация. Основные.положения и результаты работы докладывались на 51-56 -й научно-технических- конференциях ПГУПС " Неделя науки " ( I99I-I996 .), научно-технической конференции " Проблемы железнодорожного транспорта решают ученые " (ПГУПС, 1994 г.), 2-й межвузовской конференции ( ПГУПС, 1994 г.), международном симпозиуме " Современные транспортные технологии - 96 " ( ПГУПС, 1996 г.). .
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 408 страниц машинописного текста, 59 иллюстраций, 22. таблицы и 3 приложения.