Диссертация (792817), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

В документации [125], определяющей порядок проведенияиспытаний электрических машин на нагревание, установившимся считаетсятакой процесс изменения температуры, при котором температура изменяетсяне более чем на 10С в час.Величина подачи охлаждающего воздуха Gвз определялась по измеренному среднему значению скорости воздушного потока в воздуховоде Vср. Приизмерении Vср были выполнены следующие условия:– измерительный участок создает практически ламинарное движение воздушного потока;– длина измерительного участка в 5–7 раз больше его гидравлическогодиаметра.С помощью термоанемометра AZ Instrument 8908 измерялись значенияскорости потока.

Далее была определена тарировочная зависимость подачиохлаждающего воздуха Gвз от скорости потока и, как следствие, частоты вращения вала ротора двигателя вентилятора охлаждения. В ходе экспериментальных исследований для определения величины Gвз использовалась эта тарировочная зависимость. Эксперименты по определению статических характеристик повторялись несколько раз, затем полученные результаты усреднялись. Необходимость в этом была вызвана тем, что не всегда удавалось обеспечить условия для поддержания постоянства температуры окружающего воздуха.Методика исследований динамических свойств системы охлаждения АДкак объекта управления температурой включает следующие основные положения [15]:– переходные временные характеристики системы охлаждения определяются при однократном скачкообразном изменении только одного из воздействий – управляющего или одного из возмущающих – и поддержании постоянными остальных;146– величина однократного скачкообразного воздействия не должна превышать 15% от максимально возможной величины вносимого возмущения;– однократное скачкообразное воздействие вносится при установившемсятемпературном режиме системы охлаждения, причем по достижении новогоустановившегося состояния вносится новое однократное скачкообразное воздействие того же значения, что и предыдущее, но обратного знака.а)б)в)г)д)е)Рисунок 4.8 – Результаты тепловизионной съемки: фотографии двигателя(а, г), термограммы при токе статора Is = 15 А, частоте тока статора f1 = 10 Гц,частоте вращения вала ротора n = 272 об/мин без принудительного охлаждения (б, д) и при расходе охлаждающего воздуха Gвз = 0,95 м3/с (в, е)Результаты тепловизионной съемки АД в установившемся тепловом режиме посредством портативного тепловизора Testo 875i, обладающего температурной чувствительностью 50 мК при 30 °С, приведены на рисунке 4.8.

Результаты экспериментальных исследований динамических тепловых режимовработы разработанной разомкнутой АСУТ без регулятора приведены на рисунке 4.9. Результаты экспериментальных исследований при использованииПИ-регулятора в замкнутой АСУТ приведены на рисунках 4.10 и 4.11.147а)б)в)г)а)   10 C , б)   20 C , в)   30 C , г)   40 C ;– моделирование;– эксперимент**номнома) – нач  100С и I s  0,7 I s ; б) – нач  120С и I s  0,9 I s ;*ном*номв) – нач  160С , I s  0,9 I s и Gвз  0,5Gвз ;*ном*номг) – нач  120С , I s  0,7 I s и Gвз  0,5Gвз ;Рисунок 4.9 – Переходные процессы в разомкнутой нелинейной АСУТ безрегулятора148а)б)в)г)а)   10 C , б)   20 C , в)   30 C , г)   40 C ;– моделирование;– экспериментРисунок 4.10 – Переходные процессы в нелинейной АСУТ с ПИ-регулятором*при нач  120С и I s  0,5I s149а)б)в)г)а)   10 C , б)   20 C , в)   30 C , г)   40 C ;– моделирование;– экспериментРисунок 4.11 – Переходные процессы в нелинейной АСУТ с ПИ-регулятором*при нач  160С и I s  0,5I s150Температура окружающего воздуха во время проведения экспериментовсоставляла 20…21 ºС.

Закон управления АД – us/f1 = const, где us – напряжениеобмотки статора (с применением IR-компенсации).Следует отметить, что результаты экспериментального исследования распределения температуры АСУТ ТАД без регулятора показали высокую сходимость с результатами теоретических исследований на математической модели,проведенных во втором разделе диссертации.

Максимальное расхождение приопределении значения температуры ТАД как объекта управления температурой не превышает 4̊C или 10 %; при определении времени переходного процесса 172 с или 3 %.Выбор низких значений напряжения, частоты тока статора, а следовательно, и частоты вращения вала ротора для проведения эксперимента обусловлен тем, что именно на низких позициях контроллера машиниста тяговыйдвигатель испытывает наибольшие перегрузки по току, так как только припуске действует ограничение по максимальному моменту (по току), поэтомузначения температуры теплонагруженных узлов двигателя в этих режимахоказывают критическое влияние на работу электропривода в целом.В таблице 4.1 приведены сравнительные максимальные значения параметров качества управления АСУТ с ПИ-регулятором, полученные в ходе компьютерного моделирования и на разработанном экспериментальном стенде.Таблица 4.1Сравнительные параметры качества управления АСУТ с ПИ-регулятором,полученные в ходе моделирования и на экспериментальном стендеТип АСУТМоделированиеЭкспериментОтносительная разница, %Время переходногопроцесса t р , сПеререгулирование,%Крутизна переднегофронта dy (t ) / dt ,С  с3178247,17·102С  с3489115,82·102С  с9,71323,19151Экспериментальные исследования разработанной АСУТ ТАД с ПИ-регулятором подтверждают корректность проведенного синтеза регулятора, выполненного в третьем разделе настоящей работы.

Максимальное расхождениемежду теоретическими и экспериментальными данными при определении значения температуры ТАД как объекта управления температурой не превышает3̊C или 9 %; при определении времени переходного процесса 311 с или 9,7 %;при определении перерегулирования 13%; при определении крутизны переднего фронта 1,35·102С  с или 23,19%.а)kθ, ⁰C/(м3/с)б)в)г)а) – короткозамкнутое кольцо ротора со стороны, противоположной подаче воздуха при f1 = 5 Гц; б) – массива статора в среднем сечениипри f1 = 5 Гц; в) – лобовой части обмотки статора со стороны, противоположной подаче воздуха при f1 = 10 Гц; г) – зависимости коэффициента передачилобовой части обмотки статора от подачи охлаждающего воздуха***при f1 = 10 Гц (1 – I s  0,9 I s ; 2 – I s  0,7 I s ; 3 – I s  0,5I s )Рисунок 4.12 – Статические характеристики системы охлаждения ТАД152Анализ статических режимов работы (рисунок 4.12) показывает, что приработе на низких, околонулевых значениях частоты тока статора наибольшийперегрев испытывает обмотка ротора (при f1 = 2,5 Гц максимальное превышение температуры колец над лобовой частью обмотки статора составляет 5°С,при f1 = 2,5 Гц – 2°С).

При увеличении частоты тока статора наибольший перегрев испытывает уже обмотка статора, причем чем больше f1, тем большеразница (при f1 = 7,5 Гц максимальное превышение температуры лобовой части обмотки статора над кольцами ротора составляет 2°С, при f1 = 10 Гц – 4°С).Результаты исследований свидетельствуют о следующем: чем напряженнее режим работы, то есть чем больше ток статора и интенсивнее выделение тепловых потерь, тем значительнее отличаются друг от друга температурырасположенных рядом частей электрической машины. Таким образом, в большем диапазоне рабочих режимов тягового двигателя наиболее теплонагруженным элементом является обмотка статора, что указывает на необходимость использования значения ее температуры как лимитирующего фактора при разработке автоматической системы управления температурой.Соотношение температур между лобовой частью обмотки статора и еепазовой частью в данной работе не исследовалось, однако результаты работ[128, 130, 137] показывают, что температура обмотки статора, уложенной впазы, обычно на 5–10 °С выше, чем в лобовых частях со стороны, противоположной вентиляционному люку.Выводы1.

Разработанный экспериментальный стенд содержит АД мощностью 14кВт с нагрузкой, имитирующей механическую часть привода, центробежноговентилятора охлаждения с воздуховодом, приводимого в движение АД мощностью 2,2 кВт и позволяет реализовать полный комплекс экспериментальныхисследований разработанной АСУТ ТАД с ПИ-регулятором. На данный стендполучены патенты на полезные модели № 148359 и № 156446.1532. В результате приближенного моделирования было определено, что вкачестве модели ТАД может быть использован двигатель небольшой мощности общепромышленного назначения.

Определение критериев подобия ТАДпроизведено методом относительных единиц.3. Проведенные экспериментальные исследования АСУТ ТАД подтвердили адекватность разработанной математической модели. Максимальное расхождение между теоретическими и экспериментальными данными при определении значения температуры ТАД как объекта управления температурой непревышает 3̊C или 9 %; при определении времени переходного процесса 311 сили 9,7 %; при определении перерегулирования 13%; при определении крутизны переднего фронта 1,35·102С  с или 23,19%.1545Расчет технико-экономической эффективности разработанной АСУТТАДОценка эффективности применения электропривода вентилятора охла-ждения с частотно-управляемым асинхронным двигателем проводится посреднеэксплуатационным затратам мощности на привод вентилятора по методике, разработанной во ВНИТИ и приведенной в работах [42, 103, 104].Исходные данные для расчета технико-экономической оценки эффективности применения разработанного электропривода в системах охлаждения:– безразмерная зависимость мощности на валу вентилятора Рмех* =∆Рмех/∆Рном от величины расхода охлаждающего воздуха (рисунок 5.1) [80];– распределение температур окружающего воздуха (таблица 5.1) [124];– распределения режимов работы энергоустановки (таблица 5.2) [124].Исходные данные для расчета эффективности применения электропривода сведены в таблице 5.3.Учитывая потери в электроприводе и механическую мощность вентилятора, определены затраты мощности на привод вентилятора при различныхзначениях относительной мощности энергетической установки и температурыокружающего воздуха:Рприв = ∆Р* +Рмех*.Рис.

5.1. Характеристика вентилятора(5.1)155Таблица 5.1Распределение температур наружного воздухаИнтервал-35…-10 -10…10 10…35температур, °СРаспределениетемператур0,130,630,24Таблица 5.2Распределение мощности энергетической установкиИнтервал0,3 … 0,5 0,5 … 0,7 0,7…0,9 0,9…1,0мощности, отн.ед.Распределение0,30,330,250,11мощностиТаблица 5.3Исходные данные для технико-экономической оценки эффективностиМощностьэнергоустановки,отн.ед.Частотанапряжениясинхронногогенератора,отн.ед.1,0Температура,°СТребуемыеобороты вентилятора,отн.ед.Мощностьна валувентилятора,отн.ед.Мощность, потребляемаяэлектроприводом, отн.ед.11-200+200,360,540,770,210,310,490,550,650,830,80,890,75-200+200,270,440,620,190,260,370,5240,5940,6740,60,750,5-200+200,130,290,440,160,200,280,4880,5280,6080,40,610,38-200+200,110,200,310,170,180,210,4920,5020,43156Расчет эксплуатационной мощности произведен дискретно с учетом действительного распределения температур окружающего воздуха и режимов работы энергоустановки.При этом учитывается только работа энергоустановки под нагрузкой вдиапазоне 0,3 – 1 от номинальной мощности.

Общее время работы в рассматриваемом диапазоне принято за единицу.Среднеэксплуатационная мощность, потребляемая вентилятором охлаждения тягового асинхронного двигателя и приведенная к валу энергоустановки, определяется так:Pс.э. где Pпривikk  t max i  Pд max Pприв ik  k  i ,k  t min i  Pд min(5.2)– средняя мощность, потребляемая электроприводом от энерго-установки при его работе на i-м режиме нагрузки k-й температуре наружноговоздуха; k – доля времени работы тепловоза при k-й температуре наружного воз-духа от общего времени работы тепловоза; i – доля времени работы автономного локомотива на i-м режименагрузки от общего времени работы тепловоза;Pд max , Pд min – максимальная и минимальная мощности энергоустановки; max , min – максимальная и минимальная температуры наружного воз-духа.Среднеэксплуатационный расход дизельного топлива на электроприводвентилятора:Впр.в.i  ge  Pс.э.

Характеристики

Список файлов диссертации