РАЗДЕЛ 2
РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИВОДОВ
ВЕНТИЛЯТОРОВ
2.1. Эксплуатационные режимы работы серийных асинхронных
мотор-вентиляторов при релейном регулировании
температуры силовой установки
На тепловозах типа 2ТЭ116 питание АМВ ОУ осуществляется от тягового синхронного генератора (ТСГ), нагрузкой которого также является выпрямительная установка и тяговые двигатели постоянного тока. Напряжение ТСГ на каждой позиции КМ регулируется в зависимости от тока генератора согласно внешним характеристикам ТСГ ( рис. 2.1) [14,33,34]. Ток ТСГ, в свою очередь, определяется профилем пути, весом поезда, скоростью движения. Таким образом, условия движения поезда определяют в конечном итоге напряжение на АМВ. Длительному режиму работы тепловоза 2ТЭ116 соответствует расчетная сила тяги 17,6 т и длительная скорость 35,5 км/час. Эти величины определяют ток и напряжение ТСГ, которые соответственно равны 415 В и 4320 А (на выходе ВУ). Работа тяговых электрических машин в режимах более высоких напряжений и, соответственно, меньших токов на 15 ПК не ограничивается по времени, а работа при более низких напряжениях и более высоких токах строго ограничена: при 4800...5500 А не более 10 мин, 5500...6000 А - 5 мин, 6000...6500 А - 3 мин. Поэтому главным при работе АМВ в диапазоне напряжений ТСГ, меньших напряжения, соответствующего длительному току, является сохранение устойчивости и обеспечение необходимой производительности вентилятора. Следовательно, величина и форма напряжения, питающего АМВ, зависит от тяговых режимов тепловоза в эксплуатации, согласно внешней характеристики ТСГ (см. рис 2.1). Точкой обозначим номинальный режим питания. Он соответствует частоте Гц и линейному напряжению 400 В (15ПК). Здесь же представлены
внешние характеристики для 1, 5, 10 ПК, частота питающего напряжения 35, 53, 75 Гц, соответственно. Нанесены линии включения и отключения реле переходов РП1 и РП2. Напряжение (линейное) на выходе генератора для двенадцати-импульсной схемы ВУ определяется:
(2.1)
где - напряжение на выходе выпрямительной установки
На каждой ПКМ (см. рис. 2.1) можно выделить участки с различной вероятностью работы генератора при любом его напряжении. На 15 ПК это участок , ограниченный включением реле перехода РП2 и выключением РП1. Выше этого участка находится зона работы тепловоза со скоростью выше конструкционной (зона ), ниже ? зона работы тепловоза при токах превышающих длительный А и работа на этом участке ДВГ допускается кратковременно в переходных режимах ? трогании и разгоне локомотива.
На 10 ПК имеется диапазон работы генератора на гиперболической характеристике (участок ) от точки ограничения напряжения до значения , а на 5-й и 1-й позициях ? полностью участки гиперболической характеристики ( и ). Область определяет длительные режимы питания АМВ в эксплуатации тепловоза.
Точка рис.2.1 соответствует максимальному режиму питания (Гц, В), точка ? режиму питания кратковременному, но возможному в эксплуатации или при настройке тепловоза на реостате (Гц, В). При таком режиме серийный АМВ с обычным короткозамкнутым ротором, имеющий "жесткую" механическую характеристику, не должен "опрокидываться". Регулирование температуры силовой установки осуществляется релейно включением и отключением АМВ.
Опыт эксплуатации 2ТЭ116 с питанием АМВ от ТСГ доказывает, что если электродвигатель с вентиляторной нагрузкой выдерживает при стендовых испытаниях режимы питания, соответствующие точкам и рис. 2.1, то надежность электропривода в эксплуатации обеспечивается. При этом для обеспечения работоспособности АД в точке необходима ненасыщенная магнитная система в номинальном режиме (Гц, В), индукция в воздушном зазоре не должна превышать 0,65 Тл. Для работоспособности АД в точке необходимо завышать габаритную мощность обычного короткозамкнутого АД в 1,5 раза. Следовательно линейную токовую нагрузку в номинальном режиме необходимо выбирать в 1,5 раза меньше. При габаритной мощности серийного мотор-вентилятора АМВ37 равной 37 кВт, на 2ТЭ116 допустимая нагрузка на валу в номинальном режиме 24 кВт, т.е. в 1,54 раза меньше.
На рис. 2.2 показан диапазон изменения величины напряжения ТСГ от частоты () и зависимость напряжения, необходимого для оптимального к.п.д. привода с вентиляторной нагрузкой, согласно закону [35]:
(2.2)
На рис. 2.3 показаны экспериментальные зависимости параметров серийного АМВ-11 от напряжения, определенные на стенде. Значения , , соответствуют точкам , , рис. 2.2 и точкам рис. 2.1, соответственно. К.п.д. определялся методом разделения потерь [37]. Из рис. 2.3 следует, что при изменении напряжения питания АМВ в эксплуатации к.п.д. уменьшается с 91,5% до 88%, ? с 0,74 до 0,4, потребляемый ток увеличивается в 1,62 раза по сравнению с номинальным.
Эксплуатация тепловозов в районах с развитой инфраструктурой возле железной дороги, что характерно для Украины, отличается значительными изменениями режимов работы силовой установки. По данным ХК "Лугансктепловоз", результаты эксплуатационных испытаний тепловоза 2ТЭ116 № 521 в рядовом грузовом движении на участках Иловайское-Волноваха-Камыш Заря-Пологи Донецкой железной дороги за 68 часов регистрации режимов показывают:
- количество всех переключений позиций контроллера машиниста составило 11160, из которых по времени 28 %, приходилось на диапазон времени 0-1 минуты,что следует отнести к переходным режимам при разгоне поезда, смене позиций в пути следования, и при толчковой работе
на первых трёх позициях контроллера при прицепке и отцепке поезда;
- наиболее характерной продолжительностью непрерывной работы тепловоза без смены режима на рабочих позициях контроллера были интервалы времени 1-2 минуты на большинстве позиций; 4-5 минут, 5-10 минут - на 13, 14 и 35 минут на холостом ходу силовой установки;
-переменность режимов работы мотор-вентиляторов характеризуется данными табл. 2.1
Таблица 2.1
Эксплуатационные характеристики мотор-