Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИШЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ УСТРОЙСТВАХ II
1.1. Импульсные напряжения в контактных сетях электрифицированных железных дорог II
1.2. Внешние импульсные напряжения в силовых цепях локомотивов постоянного тока 15
1.3. Внешние импульсные напряжения в силовых цепях электрического подвижного состава переменного тока 19
1.4. Импульсные напряжения при отключении силовой цепи локомотива 28
1.5. Исследования изоляции тяговых двигателей локомотивов 33
1.6. Постановка задачи и структура диссертации 36
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБОБЩЕННОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СИЛОВЫХ ЦЕПЯХ ЛОКОМОТИВОВ. 41
2.1. Обобщенная схема замещения и обобщенный параметр силовой цепи локомотива 41
2.2. Табличная форма преобразования Жордана 45
2.3. Вывод формул для сопротивлений участков обобщенной схемы замещения 51
2.4. Основные свойства обобщенной схемы замещения 59
2.5. Определение параметров схемы замещения по гармоническим функциям электромагнитного процесса 66
2.6. Определение параметров схемы замещения по характеристикам переходного процесса 72
2.7. Выводы по второй главе 74
3. РАСЧЕТ ВНЕШНИХ ИШУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СИЛОВЫХ ЦЕПЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА 77
3.1. Исходные данные задачи 77
3.2. Синтез схемы замещения при аппроксимации напряжения и тока экспоненциальными двучленами 79
3.3. Синтез схемы замещения при аппроксимации напряжения и тока эквивалентными экспонентами 84
3.4. Анализ зависимости структуры и параметров участков обобщенной схемы замещения от длительности воздействующей волны напряжения и обобщенного параметра силовой цепи локомотива 90
3.5. Анализ электромагнитных процессов в обобщенной схеме замещения 94
3.6. Расчет преломленной волны на токоприемнике локомотива 101
3.7. Уравнение потенциальной диаграммы силовой цепи локомотива 105
3.8. Потенциальные диаграммы обмоток якорей тяговых двигателей и силовых цепей электровозов постоянного тока III
3.9. Напряжение на витковой изоляции оборудования силовой цепи локомотива 117
3.10.Связь между коэффициентом затухания и обобщенным параметром силовой цепи локомотива 123
3.II.Выводы по третьей главе 125
4. ИМПУЛЬСНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В СИЛОВЫХ ЦЕПЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 128
4.1. Схема замещения обмотки Ш тягового трансформатора локомотива 128
4.2. Потенциальная диаграмма обмотки ВН тягового трансформатора 135
4.3. Напряжение на витковой изоляции обмотки ВН тягового трансформатора 142
4.4. Схема замещения и потенциальная диаграмма обмотки НН тягового трансформатора локомотива 145
4.5. Расчет потенциальной диаграммы трансформатора по исходным гармоническим функциям 151
4.6. Экспериментальные исследования импульсных напряжений в силовых цепях электровозов и электропоездов переменного тока 155
4.7. Выводы по четвертой главе 168
5. РАСЧЕТ ИШУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ЛОКОМОТИВОВ 171
5.1. Постановка задачи Г7І
5.2. Дуальная схема замещения силовой цепи локомотива Г72
5.3. Эквивалентные преобразования дуальной схемы замещения 176
5.4. Потенциальная диаграмма электровоза постоянного тока в режиме отключения силовой цепи 180
5.5. Напряжение на витковой изоляции при отключении силовой цепи 187
5.6. Определение исходных данных задачи.Пример расчета 189
5.7. Уравнение потенциальной диаграммы силовой цепи тепловоза в режиме отключения 191
5.8. Выводы по пятой главе 200
6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НШРЯЖЕНИЯ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЯХ ПОЛУПРО
ВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ЛОКОМОТИВОВ 202
6.1. Постановка задачи 202
6.2. Воздействие импульсных напряжений на последовательно включенные полупроводниковые приборы 203
6.3. Экспериментальное исследование распределения импульсного напряжения в цепи последовательно включенных диодов 207
6.4. Распределение по последовательно соединенным диодам выпрямленного однополупериодного напряжения переменной частоты 214
6.5. Расчет распределения импульсного напряжения по последовательно включенным полупроводниковым приборам 217
6.6. Определение параметров делителей напряжения для цепи последовательно включенных полупроводниковых приборов 234
6.7. Уменьшение числа последовательно включенных диодов выпрямительной установки электропоезда ЭР9 239
6.8. Выводы по шестой главе 240
7. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЗОВ 243
7.1. Постановка задачи 243
7.2. Определение электрической прочности изоляции обмоток якорей тяговых двигателей ЭДТ-200Б 246
7.3. Коммутационные перенапряжения в силовой цепи тепловоза 251
7.4. Расчет потенциальной диаграммы силовой цепи тепловоза в режиме отключения 257
7.5. Схема силовой цепи тепловоза ТЭЗ с пониженным напряжением на изоляции электрического оборудования 262
7.6. Применение разрядников для защиты силовой цепи тепловоза от перенапряжений 269
7.7. Выводы по седьмой главе 282
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 285
ЛИТЕРАТУРА 287
ПРИЛОЖЕНИЯ 3
Введение к работе
В принятой ХХУІ съездом КПСС Программе экономического и социального развития страны важная роль отводится железнодорожному транспорту. Для освоения возрастающего объема перевозок осуществляется пополнение парка локомотивов новыми мощными электровозами и тепловозами;
Успешное выполнение перевозочной работы в условиях высокой интенсивности использования подвижного состава связано с решением ряда научно-технических проблем. Главные из них, сформулированные в "Основных направлениях развития науки и техники на железнодорожном транспорте на І98І-І985гг.", разработанных МПС по реализации Постановления ЦК КПСС и СМ СССР от 31 декабря 1980г; "О мерах по улучшению работы и комплексному развитию железнодорожного транспорта в І98І-І985гг.", включают проблему обеспечения высокого уровня надежности подвижного состава в эксплуатации.
Недостаточная надежность локомотивов в значительной мере обусловлена неисправностями электрического оборудования, многие из которых происходят по причине пробоя электрической изоляции. Высока повреждаемость изоляции наиболее ответственного оборудования локомотивов - тяговых двигателей. 7 отдельных типов локомотивов число пробоев изоляции обмоток тяговых двигателей, отнесенное к I млн.км пробега, достигает 25;..30. В числе других отказов этот показатель самый большой.
Повышение надежности изоляции электрического оборудования достигается путем применения новых изоляционных материалов, совершенствования технологии изготовления и ремонта, правильного выбора методов и средств защиты. Обоснованный выбор уровня электрической прочности изоляции производится с учетом электрических воздействий, которым подвергается изоляция в процессе эксплуатации локомотива. Они определяются экспериментальным и теоретическим методами.
Решением проблемы повышения надежности изоляции электрического оборудования локомотивов занимаются коллективы ряда заводов, союзных и отраслевых научно-исследовательских институтов. В системе МПС работы возглавляет Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ). Крупные работы ведутся во Всесоюзном научно-исследовательском проектном-конструкторском и технологическом институте электровозостроения, на Новочеркасском и Тбилисском электровозостроительных заводах, Харьковском заводе "Электротяжмаш", Рижском электромашиностроительном и Таллинском электротехническом заводах, а также в ряде ВУЗов страны (МЭИ, ИЛИ, МИИТ, ЖИЖТ, ДИИТ, ТашИИТ, РИШТ и др;).
Наибольшие электрические воздействия на изоляцию определяют перенапряжения, имеющие импульсный характер. Теории импульсных процессов и методам расчета перенапряжений в электроэнергетических устройствах посвящены фундаментальные работы отечественных и зарубежных ученых: Г.Н.Петрова, Л.И.Сиротин-ского, М.В.Костенко, Д.В.Разевига, В.А.Карасева, А.И.Долгино-ва, П.А.Абетти, Л;В.Бьюлея, Б.Геллера, А.Веверки [іЗ, 28, 36, 40, 45, 46, 51, 122, 124, 125, 138, 158, 163].
Анализу импульсных переходных процессов в устройствах электроснабжения и силовых цепях локомотивов, разработке методов защиты от перенапряжений, применению в тяговом электромашиностроении новых электротехнических материалов посвящены работы В.Д.Радченко, И.И.Рыкова, СД.Соколова, Н.Д Сухопруд-ского, К.Б.Александрова, А.В.Фарафонова, A.M.Кахельника, В.Янова, А,Л.Курочки, АЛ.Лозановского, В.Н.Кабанова, В.П. Немухина, В.А.Горбатюка, В.Е.Верхогляда, Г.А Михневича и др.
Исследования перенапряжений и условий работы изоляции в электротяговых устройствах железных дорог постоянного тока выполнены в основном до I960 года [5, 47, 48, 49, 50, 126, 127, 132, 133, 134] .
Проблема приобрела особое значение в І960-І970гг. в связи с электрификацией железных дорог на переменном токе Отсутствие сведений об уровнях перенапряжений в условиях использования более высоких рабочих напряжений и необходимость обеспечения надежной работы нового ответственного и дорогостоящего оборудования локомотива (трансформаторы, преобразователи) определили проведение в этот период большого объема исследовательских работ. Они включали изучение перенапряжений в контактных сетях переменного тока, атмосферных и коммутационных перенапряжений в силовых цепях электровозов и электропоездов переменного тока, действие импульсных напряжений на трансформаторы и преобразовательные установки локомотивов [з, 4, 7, 8, 9, 10, II, 60, 61, 62, 72, 73, 81, 82, 126, 129, 130, 131, 136, 139, 140] .
Расширение масштабов применения на железных дорогах тепловозной тяги выдвинуло проблему повышения надежности их электрического оборудования и связанное с ее решением выполнение исследовательских работ [l7, 18, 33, 34, 35, 37, 66, 68, 69, 70, 71, 95, 123, 151, 152] .
В результате проведенных исследований и накопленного опыта эксплуатации получен большой экспериментальный материал об уровнях воздействующих на изоляцию электрического оборудования локомотивов напряжений и эффективности различных методов ее защиты. Он составляет основу, на базе которой совершенствуются методы защиты оборудования существующего парка локомотивов и разрабатываются изоляционные конструкции электрического оборудования и способы защиты силовых цепей новых типов локомотивов.
В процессе выполнения работ широко применялся и совершенствовался экспериментальный метод исследований, который был основным на всех этапах работы. Теоретические разработки были направлены на изучение импульсных электромагнитных процессов в силовых цепях локомотивов и создание инженерных методов расчета напряжений на изоляции оборудования в режиме воздействия на локомотив волн внешних и коммутационных перенапряжений [4, 10, 24, 25, 26, 30, 32, 41, 43, 48, 50, 80, 126, 128, 153, 154, I55J. При разработке методов применялись схемы замещения локомотивов, как правило, отражающие структуру силовой цепи и особенности установленного оборудования. Они позволяли рассчитать напряжения на изоляции в отдельных точках силовой цепи конкретного типа локомотива ш, в силу последнего обстоятельства, имели частное значение. Разнообразие применяемых схем замещения неизбежно вело к применению различных методов определения их параметров.
Отсутствие единого подхода к анализу импульсных переходных процессов в силовых цепях локомотивов различных типов и общего метода расчета импульсных напряжений на изоляции оборудования значительно удлиняло период освоения новых типов локомотивов и внедрения мероприятий по повышению надежности локомотивов эксплуатационного парка.
