Введение к работе
Актуальность темы. Преимуществом системы автономного энергоснабжения вагонов является полная ее независимость от внешнего источника питания, что позволяет эксплуатировать вагоны в любом поезде, на любом направлении, при любом виде локомотивной тяги. В этом случае в каждом вагоне требуется устанавливать генератор с приводом от колесной пары, аккумуляторную батарею и преобразовательные устройства.
Стремление повысить комфортность пассажирского вагона приводит к необходимости его дополнительного оснащения новыми типами оборудования и приборов - холодильными машинами, микроволновыми печами, обеззараживате-лями питьевой воды, экологически чистыми туалетами и т.д., а это приводит к росту энергопотребления вагона.
В качестве автономных источников питания потребителей пассажирских вагонов используют генераторы с электромагнитным возбуждением, выполненные на базе машин постоянного тока или индукторных машин. Эти генераторы находятся на пределе своих возможностей по отдаваемой мощности, имеют низкие удельные характеристики и уже не обеспечивают возрастающих потребностей по своим эксплуатационным показателям (надежности, ремонтопригодности, диапазону рабочих частот вращения, управляемости и др.)
Предлагается использовать в качестве автономного источника энергии для электроснабжения пассажирских вагонов вентильно-индукторные генераторы (ВИГ), которые позволят увеличить отдаваемую в нагрузку мощность, имея лучшие удельные показатели, повысить надежность и ремонтопригодность, снизить частоту вращения, с которой начинается выработка электроэнергии, сократить расход цветных металлов и конструкционных материалов.
В Ростовском государственном университете путей сообщения проведены теоретические и экспериментальные исследования ВИГ, созданного в габаритах существующего вагонного генератора 2ГВ-003, определено, что эксплуатационные показатели вновь созданного генератора выше.
Целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационных показателей вагонного генератора для использования его в качестве автономного источника питания пассажирских вагонов нового поколения.
Для достижения указанной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:
Дать обоснование использования ВИГ для новой, более совершенной системы электроснабжения вагона.
Разработать математическую модель для расчета параметров и характеристик ВИГ.
Выбрать и теоретически обосновать геометрию зубцовой зоны генератора.
Разработать новую принципиальную схему питания ВИГ.
Создать систему регулирования, обеспечивающую стабильные параметры выходного напряжения при переменной частоте вращения вала ВИГ.
Предложить вариант конструкции ВИГ с меньшим расходом цветных и конструкционных материалов.
Методы исследования
Использован метод математического моделирования, метод конечных элементов для расчета магнитных полей, метод Рунге-Кутта для решения систем дифференциальных уравнений, проведены экспериментальные исследования.
Научная новизна
Разработана математическая модель ВИГ с приведением ее к форме Коши, удобной для численного интегрирования с использованием стандартных пакетов прикладных программ.
Предложена новая силовая схема подключения ВИГ, содержащая меньшее количество дорогостоящих полупроводниковых элементов при сохранении качества регулирования выходного напряжения как при традиционной полумостовой силовой схеме подключения.
Учтено локальное насыщение зубцовой зоны генератора при расчете магнитного поля методом конечных элементов, поскольку режим работы выбран с сильно насыщенным магнитопроводом.
Предложена замкнутая система автоматического регулирования, обеспечивающая стабильные параметры выходного напряжения при переменной частоте вращения вала ВИГ.
Практическая ценность работы
Практическая ценность работы выражена в создании методики расчета ВИГ для пассажирских вагонов. Предложенные конструктивные и схемотехнические решения ВИГ позволяют повысить мощность вагонного генератора, снизить расход меди и конструкционных материалов, снизить его стоимость. В современных условиях работы пассажирского подвижного состава ВИГ наиболее удачно сочетает в себе основные преимущества работы на подвижном составе железных дорог: простота конструкции, высокая надежность, технологичность в изготовлении, ремонтопригодность, высокий КПД, возможность выполнить на его базе рациональную систему электроснабжения пассажирских вагонов с меньшими затратами, чем у лучших образцов современных вагонов.
Реализация результатов работы
По договору с ОАО «РЖД» изготовлен и испытан образец вагонного генератора с целью последующего его внедрения на подвижном составе.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях с международным участием, проводимых в РГУПС, СамИИТе в период с 1998 по 2006 гг.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем 134 стр., иллюстраций 31.
