Введение к работе
Актуальность. Высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте потребует существенного технического перевооружения. ОАО «РЖД» совместно с концерном «Сименс» создают высокоскоростные поезда, адаптированные для эксплуатации в России. В перспективе в Российской Федерации появятся принципиально новые высокоскоростные поезда на магнитном подвесе, способные перемещаться со скоростью 350-500 км/ч. Технический прогресс на транспорте, являющимся стратегической отраслью народного хозяйства, должен базироваться на высоких технологиях и новых изобретениях, на применении новых материалов, преимущественно разработанных отечественными учеными и инженерами.
Тяговые устройства, взаимодействующие непосредственно с рельсами, на основе индукторов регулируемых линейных асинхронных двигателей (ЛАД), способны улучшить тяговые и тормозные характеристики высокоскоростного подвижного состава. В диссертации предлагается применять для высокоскоростного подвижного состава – как рельсового, так и с магнитным подвесом – индукторы ЛАД, способные выполнять функции тяговых двигателей и тормозных устройств. Актуальность и значимость совершенствования тяговых и тормозных устройств высокоскоростного подвижного состава, разработка для целей тяги новых типов ЛАД все более возрастает. В работе исследуются регулируемые линейные асинхронные двигатели для тягово-тормозных устройств, позволяющих улучшить характеристики высокоскоростного подвижного состава и повысить безопасность движения. Многофункциональность тяговых устройств на основе регулируемых ЛАД делает задачу их разработки и исследования весьма актуальной для современного и перспективного железнодорожного транспорта.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование регулируемых линейных асинхронных двигателей для тягово-тормозных устройств высокоскоростного подвижного состава, создание основ их теории.
Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи
1. Разработка конструктивных схем тяговых и тормозных устройств на базе регулируемого ЛАД с изменяемым сопротивлением короткозамкнутой обмотки вторичного элемента.
2. Исследование влияния вытеснения тока в пазу короткозамкнутой обмотки вторичного элемента на параметры регулируемого линейного асинхронного двигателя в режиме трогания поезда с места (пуск в ход), регулирования скорости и торможения.
3. Разработка схемы замещения короткозамкнутой обмотки вторичного элемента регулируемого ЛАД и методики определения ее параметров.
4. Исследование магнитного поля и влияния вытеснения тока в пазах вторичного элемента регулируемого ЛАД при неодинаковом количестве замкнутых проводников в них.
5. Расширение диапазона регулирования новых типов тяговых ЛАД и минимизация времени пуска их в ход.
Методы исследований. В диссертации использованы методы теории электромеханического преобразования энергии, математической физики и теории электромагнитного поля, численные методы вычислительной математики. Решение теоретических задач потребовало широкого применения вычислительной техники. Экспериментальные исследования выполнены на опытном образце регулируемого ЛАД.
Основные научные результаты и положения, выносимые автором на защиту:
1. Математические модели и метод учета влияния вытеснения тока в пазу регулируемого тягового ЛАД на параметры двигателя в режимах трогания поезда с места, регулирования скорости и торможения.
2 Математическая модель регулируемого ЛАД при неодинаковом сопротивлении стержней обмотки вторичного элемента и результаты анализа влияния вытеснения тока в пазу на пуско-регулировочные характеристики двигателя.
3. Результаты исследования метода определения порядка изменения сопротивления обмотки вторичного элемента для достижения максимума пускового тягового усилия регулируемого ЛАД и результаты исследования по минимизации времени пуска машины в ход.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. На основе обобщения и систематизации научно-технических разработок в области тяговых и тормозных устройств подвижного состава разработана классификация тяговых и тормозных систем перспективного высокоскоростного транспорта с линейными асинхронными двигателями.
2. Определены взаимосвязи между параметрами короткозамкнутой обмотки вторичного элемента регулируемого линейного асинхронного двигателя и электромагнитным полем рассеяния.
3. Установлены закономерности изменения коэффициентов увеличения активного и уменьшения индуктивного сопротивлений обмотки вторичного элемента регулируемого ЛАД при различных положениях замыкающего элемента в режимах трогания поезда с места, регулирования скорости и торможения, позволившие повысить точность расчета параметров линейной машины.
4. Установлены закономерности изменения параметров короткозамкнутой обмотки вторичного элемента регулируемого линейного асинхронного двигателя с учетом взаимосвязей между количеством закороченных электропроводящих стержней в разных пазах и положением замыкающего элемента, обеспечивающие максимальную величину пускового усилия и минимизацию времени трогания поезда с места.
Достоверность научных результатов обеспечена адекватностью и корректностью применяемых в работе теоретических положений и математических методов, аргументированным принятием допущений при решении полевых задач методами математической физики и подтверждается результатами экспериментальных исследований, выполненных на опытном образце регулируемого ЛАД.
Практическая ценность:
1. В разработке методики расчета регулируемых ЛАД в режиме трогания поезда с места, регулирования скорости и торможения с учетом вытеснения тока в пазу при различном положении замыкающего элемента.
2. В создании методики расчета параметров обмотки вторичного элемента регулируемого ЛАД с учетом вытеснения тока в пазу.
3. В разработке методики оптимизации пуска регулируемого линейного асинхронного двигателя для тягово-тормозных устройств высокоскоростного подвижного состава.
Реализация результатов диссертации. Разработанная методика проектирования регулируемого ЛАД принята к внедрению ОАО «Севкавэлектроремонт». Результаты диссертации используются в учебном процессе Ростовского государственного университета путей сообщения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на международных научно-практических конференциях РГУПС «Tранспорт-2009», «Tранспорт-2010» и «Транспорт-2011» (г. Ростов н/Д), на 4-й международной научно-технической конференции «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемы электромеханические системы» Уральского федерального университета (г. Екатеринбург, 2011 г.), на научных конференциях и семинарах факультетов и кафедр РГУПС с 2009 по 2011 гг., на расширенном заседании кафедры «Электрический транспорт» ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) в ноябре 2011 г.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 16 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 5 патентов РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 191 страница состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
