ДИПЛОМ (Разработка мероприятий по снижению числа отказов тяговых двигателей электровозов 2(3)ЭС5К), страница 2

На рисунке 1.1 приведены максимальные значения таковыхнапряжений (при различной толщине Δиз изоляции между коллекторными пластинами), которые не следует превышать во время эксплуатации. Такие данныеявляются средне статическими и, естественно, должны уточняться для каждойконкретной модели электромашины по результатам испытаний.Чтобы уменьшить максимальное напряжения меж смежных коллекторныхпластин в крупных электромашинах пользуются обмотками якоря с одновитковыми секциями (wc=1), понижают среднее напряжение между коллекторнымипластинами до 15 – 18 В (при этом также ограничивают активную длину якоря)и принимают меры для снижения искажающего воздействия реакции якоря, т.е. индукции Вmах. Наиболее простым выходом является уменьшение Вmах, путемувеличения воздушного зазора, из-за этого машины постоянного тока как правило выполняют с большим воздушным зазором, чем у асинхронных.

Одновременно с тем, увеличение воздушного зазора требует соответствующего увеличения магнитодвижущей силы обмотки возбуждений (для создания достаточного магнитного потока), что в свою очередь приводит к увеличению размероввсей машины.16Наиболее выгодно применять воздушный зазор, малый под серединой полюса и увеличивающийся к его краям, где возрастает магнитодвижущая силаякоря. В то же время магнитное сопротивление для потока главных полюсовувеличивается в гораздо меньшей степени, чем для потока, создаваемого поперечной реакцией якоря.

Как следствие, расширяющийся зазор требует меньшего повышения магнитодвижущей силы обмотки возбуждения, чем равномерный.Более кардинальной мерой может быть применение компенсационной обмотки (рисунок 1.2), которую располагают в пазах главных полюсов и соединяют с обмоткой якоря последовательно. Компенсационную обмотку включаюттаким образом, чтобы образуемая ею магнитодвижущая сила Fк была направлена встречно магнитодвижущей силе якоря Faq и компенсировала ее действие.При Fк = Faq магнитодвижущая сила якоря фактически не искажает магнитноеполе в воздушном зазоре.

Компенсационная обмотка значительно усложняетконструкцию электромашины, так что ее применяют исключительно в машинахсредней и высокой мощности, эксплуатируемых в тяжелых условиях (частыепуски, скачки тока нагрузки, перегрузки по току и т. п.). Компенсационную обмотку применяют также в тех случаях, когда машина проектируется при жестких габаритных ограничениях, так как эта обмотка позволяет уменьшить воздушный зазор, а следовательно, и размеры обмотки возбуждения [3].17ба12 3456Рисунок 1.2 – Принципиальная схема (а) и схема расположения в машине (б) компенсационной обмотки: 1 – главный полюс; 2 – обмотка возбуждения; 3 – компенсационная обмотка; 4 – добавочный полюс; 5 – обмотка добавочного полюса; 6 – якорьНа 2016 год количество неплановых ремонтов тяговых электродвигателейсоставило 24% от всех неплановых ремонтов.

Графическое представление в виде диаграммы показано на рисунке 1.3.Неплановый Ремонт в период с 31 декабря 2015 по 31декабря 201624%76%всего НРНР по перебросамРисунок 1.3 – Диаграмма неплановых ремонтов по депо Хабаровск-2 за 2016 год.181.3 Статистика отказовСведения по отказам тяговых электродвигателей для анализа взяты в сервисном локомотивном депо 91 «Дальневосточное». Данные об этом приведеныв таблице 1.1.Таблица 1.1 – Статистика по неплановым ремонтам по причине отказов элементов электрической части тяговых электродвигателей по депо Хабаровск-2 за2016 год.Наименование видаПоказатели1движенияКоличество, шт.Время простоя в ремонте,часЯнварьФевральМартАпрель224101833470214212152Продолжение таблицы 1.1Показатели1МайИюньИюльАвгустСентябрьОктябрь22510343457331,557271495396765Окончание таблицы 1.1Показатели1НоябрьДекабрь247363854771192РАБОТАСИЛОВОЙСХЕМЫВРЕЖИМЕТЯГИИТОРМОЖЕНИЯ2.1 Регулирование напряжения на тяговых двигателях в режиме тягиДля удобства рассмотрения принципов регулирования на рисунке 2.1 приведена упрощенная силовая схема тягового привода, где цифрами 1 – 8 обозначены плечи ВИП, цифрами 1 – III секции тяговых обмоток трансформатора.При этом секция 1 соответствует секциям а1 – 1, а2 – 3 обмоток тяговоготрансформатора Т5, секция II – секциям 1 – 2, 3 – 4, секция III – секциям а2 –х1, 4 – х2 [1].Рисунок 2.1 – Упрощенная силовая схема тягового привода.Тиристоры ВИП открываются с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых блоком управления А55.На первой зоне регулирования тяговые двигатели питаются от выпрямительных мостов, образуемых плечами 3 – 6, подключенными на выводы секцииII обмотки трансформатора.Тиристоры плеч 3, 5 открываются импульсами с постоянной фазой α0, соответствующей минимальному углу открытия, а тиристоры плеч 4, 6 -импульсамис регулируемой фазой αр.

Если в один из полупериодов нагрузку взяли тири20сторы плеч 4, 5, то в следующий полупериод при открытии тиристоров плеча 3в момент α0 происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 на тиристорыплеча 3, а энергия цепи выпрямленного тока разряжается по нулевому контуру:тиристоры плеч 4, 3, сглаживающий реактор, тяговый двигатель, При угле открытия αр, тиристоров плеча 6 происходит коммутация тока с тиристоров плеча4 на тиристоры плеча 6 и далее ток нагрузки проходит через тиристоры плеч 3,6.В последующий полупериод при угле открытия α0 тиристоров плеча 5 закрываются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур разряда энергии поцепи: тиристоры плеч 6, 5, сглаживающий реактор Таким образом, происходитчередование нулевых вентилей для различных полупериодов напряжения сети,что позволяет не усиливать по току плечи ВИП, работающие в первой зоне регулирования.Чем большую часть проводящего полупериода проходит ток через тиристоры, тем больше среднее значение выпрямленного напряжения на тяговых двигателях.Для реализации изложенных режимов работы ВИП в первой зоне необходимо на тиристоры плеча 5 в один и тот же полупериод напряжения сети подавать импульсы управления, регулируемые по фазе от π до α0 и импульсы управления с фазой α0.Это объясняется тем, что тиристоры плеч 3 и 5, на которые подаются импульсы управления в начале полупериода (α0), не удерживаются в открытом состоянии до прихода импульсов с фазой αр, на тиристоры плеч 4, 5.

Поэтому подачей дополнительных импульсов на тиристоры плечи 5 будет создана цепь тока через тиристоры плеч 4, 5, что позволит запасти электромагнитную энергиюв реакторе. В дальнейшем тиристоры плеча 5, получая импульсы управления сфазой α0 будут удерживаться в открытом состоянии за счет разряда электромагнитной энергии реактора, и импульсы с фазой αр, с тиристоров плеча 5 могут быть сняты [1].Во второй зоне плавным изменением фазы открытия тиристоров плеч 1, 221осуществляется регулирование выпрямленного напряжения от 1/4Uном до1/2Uном.Протекание тока в течение полупериода будет происходить следующим образом в начале полупериода ток будет проходить от секции II обмотки трансформатора через тиристоры плеча 3, цепи тяговых двигателей, плечо 6.

В момент открытия тиристоров плеча 1 происходит коммутация тока с тиристоровплеча 3 на тиристоры плеча 1, С этого момента тяговые движители питаются отсекций I, II обмотки трансформатора.Аналогично ток будет проходить и во второй полупериод, но в работе будутучаствовать тиристоры плеч 2, 4 и 5.Для дальнейшего увеличения выпрямленном напряжения, при полностьюоткрытых тиристорах плеч 1 и 2, нагрузка переводится с секции I, II на секциюIII обмотки трансформатора.Перевод осуществляется без потери тяги и бросков тока и происходит следующим образом:Нагрузка с тиристоров плеч 1, 2, 5, 6 переводится на тиристоры плеч 5, 6, 7,8 без изменения тока якоря. Это достигается подачей на блок логики аппаратуры управления синхроимпульсов в момент времени ωt = 0,5π Если синхроимпульс поступает при полностью открытых тиристорах плеч 1, 6, то за времяωt = 0,5π + α0 , должны быть выполнены логические операции, запрещающиеподачу импульсов управления в следующий полупериод на тиристоры плеч 2 и5 и разрешающие открытие тиристоров 6, 7.

Тогда под действием ЭДС всейвторичной обмотки трансформатора происходит коммутация тока с тиристоровплеча 1 на тиристоры плеча 7. Ток нагрузки проходит по цепи - тиристоры плеч6, 7 секция III обмотки трансформатора. Тиристоры плеча 6 при таком переходенагружены током в течение периода. Это происходит один раз, и дальше тиристоры плеч 6, 7 чередуются с 5, 8, находясь под током половину периода.

Еслиже синхроимпульс поступает при открытиях тиристорах плеч 2, 5, тогда тиристоры плеча 5 остаются в открытом состоянии еще на один полупериод, так как22должны быть открыты тиристоры плеч 5 и 8.Дальнейшее повышение напряжения осуществляется путем подачи импульсов на открытие тиристоров плеч 5, 8 и 6, 7 с углом α 0 и плавным изменениемугла открытия тиристоров плеч 3 и 4 от максимального значения до α0.При этом выпрямленное напряжение будет плавно изменяться от 1/2Uном до3/4Uном.Ток по тиристорам указанных плеч в течение полупериода будет протекатьследующим образом: если ток протекает в начале полупериода через тиристорыплеч 5, 8 (или 6, 7), то с момента подачи импульса на открытие тиристоров плеча 3 (или 4) происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 (или 6) на тиристоры плеча 3 (или 4) [1].На четвертой зоне регулирования к работающим тиристорам плеч 3, 8 и 4, 7дополнительно подключаются тиристоры плеч 1 и 2 с углом открытия α р.

Таким образом, к секциям III, II обмотки трансформатора прибавляется секция I.В момент открытия тиристоров плеч 1 и 2 с углом открытия α0, выпрямленное напряжение будет иметь наибольшее значение.Для уменьшения напряжения последовательность переходов обратная.Выше рассматривался упрощенный алгоритм работы тиристоров преобразователя для режима тяги.

Этот алгоритм позволяет рассмотреть основнойпринцип регулирования выпрямленного напряжения.Теперь остановимся на некоторых особенностях работы преобразователя спараллельным соединением мостов. Так, например, на третьей зоне в режиметяги тиристоры плеч 5, 8 и 6, 7 открываются в начале полупериода управляющим импульсом с фазой α0, с тиристоры плеч 3 и 4 с импульсом с фазой αр. Если в один из полупериодов ток тек по контуру: плечо 8, секции III и II, плечо 3,тяговые двигатели, то в начале следующего полупериода управляющие импульсы с фазой α0 подаются на тиристоры плеч 6, 7. При этом образуются дваконтура коммутации тока:- 1 плечи 3, 7 — секции II, II;- 2 плечи 6, 8 — секции III.23Первой начинается коммутация в контуре, где напряжение выше, то есть вконтуре 1. Во время этой коммутации тиристоры плеча 7 открываются, а тиристоры плеча 3 закрываются.

После завершения коммутации тока в контуре 1(угол коммутации γ0) начинается коммутация в контуре 2 (угол коммутации γ'0),при которой открываются тиристоры плеча 6 [1].Поскольку коммутация тока происходит поочередно в контуре с большимнапряжением и в контуре с меньшим напряжением, потенциальные условия дляначала коммутации в плечах, находящихся в контуре с меньшим напряжением,могут создаваться позже воздействия на них управляющих импульсов с фазойα0.В этом случае коммутация тока в контуре с меньшим напряжением можетсовсем не начаться, либо не все тиристоры плеча возьмут нагрузку, что приведет к нарушению параллельной работы тиристоров.Чтобы исключить подобные режимы, осуществляется автоматическое слежение за окончанием коммутации тока в контуре с большим напряжением, иуправляющий импульс на тиристоры малого контура подается в тот момент,когда напряжение на обмотке трансформатора восстановится и создадутся потенциальные условия для начала коммутации тока в меньшем контуре (фаза α03на рисунке 2.2).Форма напряжения ВИП при регулировании в режиме тяги приведена нарисунке 2.2.24Рисунок 2.2 – Форма напряжения ВИП при регулировании в режиме тяги [1]В конце второй, третьей и четвертой зон регулирования при подаче управляющих импульсов на тиристоры с углом открытия αр, во время коммутациитиристоров с углом открытия α0, может возникнуть режим с нарушением параллельной работы тиристоров, т.е.