CC BY
37
УДК 621.333.001.4
Л. В. ДУБИНЕЦЬ, Д. В. УСТИМЕНКО (ДПТ), П. О. ЛОЗА (Приднiпровська залiзниця)
ВИЗНАЧЕННЯ ЕКВ1ВАЛЕНТНОГО СТРУМУ НАВАНТАЖЕННЯ ПРИ ВИПРОБУВАНН1 ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРОДВИГУН1В НА НАГР1ВАННЯ БЕЗ ВЕНТИЛЯЦП
Запропоновано методику теоретичного визначення екв1валентного струму навантаження при випробу-ванш тягових електродвигушв на нагр1вання без примусово! вентиляци. Наведено результати розрахунку вказаного струму для тягового двигуна типу ЭД-118А та експериментально пвдтверджено точнють методу.
Предложена методика теоретического определения эквивалентного тока нагрузки при испытаниях тяговых электродвигателей на нагревание без вентиляции. Приведены результаты расчета эквивалентного тока для тягового двигателя ЭД-118А, а также экспериментально подтверждена точность метода.
The theoretical determination procedure of an equivalent loading current in tests of traction electric motors on heating without ventilation is offered. The results of calculation of an equivalent current for traction engine ED-118A are presented, as well as the method accuracy is experimentally confirmed.
Програми типових випробувань електрич-них машин вшх вцщв мютять випробування на на^вання. В загальному випадку випробування на на^вання зводиться до визначення пере-вищень температури рiзних частин машини, тд якими розумдать рiзницi мiж температурою цих частин i температурою навколишнього се-редовища, що отримаш в результат 11 роботи в номшальному або iншому заданому режима
Найбiльш природним е фактичне здшснення даного режиму роботи, тобто створення вщпо-вiдного навантаження для випробувано! машини. Таке випробування носить назву випробування на на^вання при безпосередньому на-вантаженнi. Але чим бшьша потужнiсть машини, тим складшше здiйснити !! випробування методом безпосереднього навантаження: габа-рити установки, додаткове обладнання для створення вентиляци у двигушв з примусовою вентиляцiею, значнi витрати електроенерги i т.д. У той же час, наприклад, правилами ремонту електричних машин локомотивiв дозво-ляеться випробовувати тяговi електродвигуни без примусово! подачi охолоджуючого повiтря протягом одше! години при струм^ що дае пе-ревищення температури, яке вiдповiдае пере-вищенню температури при номiнальному ре-жимi [1, 2]. Назвемо цей струм е^валентним. Випробування на на^вання двигунiв без примусово! подачi охолоджуючого повiтря протягом одше!' години значно скорочуе час випробувань у порiвняннi з номшальним режимом, значно зменшуе витрати електроенерги та ви-робничi площi, яю займае обладнання. Тому розробка методики визначення е^валентного
струму для тишв двигун1в, для яких цей струм невщомий, е актуальною задачею.
Якщо яюр електрично! тягово! машини роз-глядати, як однорщне суцшьне тверде тшо, то крива нагр1вання т = f (t) буде мати вигляд на рис. 1.
Рис. 1. Крива нагр1вання т = f (t)
Втрати потужносп в якор1 за час dt нагр> вають його, i перевищення температури збшь-шиться вiд значення т0 до т , тобто на величину d т (рис. 1). Якщо частина тепла, що вини-кае за час dt i дорiвнюе cGdt, залишилась в якорi й пiшла на пiдвищення його температури, а частина aSTdt розсiялась у навколишне сере-довище, то рiвняння теплового балансу матиме вигляд [3]:
^ pdt = cGd т + aS Tdt, де ^ p - втрати потужносп в якорi, Вт;
с - питома теплоемшсть,
О - маса тша, кг;
Вт • с
кг С
а - коефщент тепловщдач1 тша,
Вт
2 о п м • С
£ - площа поверхш, що вщдае тепло, м . Для усталеного теплового режиму, коли ё т = 0, а 1 = 100, отримаемо [3]:
X рё _ а£ т0
(2)
Де - перегр1в в усталеному режиму °С.
З формули (2) перевищення температури т0 в усталеному тепловому режим1 [3]:
а£
(3)
Величина перегр1ву, тобто перевищення температури дано! частини машини над температурою навколишнього середовища, в довшь-ний момент часу [3]:
( IЛ
Т
т = т
1 - е
-т е о
t
Т
(4)
Т _
сО
сОт
а£ X р
(5)
Втрати потужност в якор1 X р складають-
ся з двох складових - втрати в мщ обмоток рта та в стал1 сердечника якоря рс.
Втрати в мщ якоря визначаються за насту-пною формулою [4]:
= '2 ( '
"РГ ) .
де 1а - струм яюрного кола, А;
га, гд, гз, гко - опори вщповщно обмотки
якоря, обмотки додаткових полюшв, обмотки збудження, компенсацшно! обмотки, Ом; Р - коефщ1ент збудження. Сумарш втрати в стал1 дано! частини машини за будь-яко! частоти й шдукци можна визна-чити за формулою [4]:
рса _ Кхх (тара + тгрг ) ,
(7)
де Кх « 0,8^р15/50 - емтричний коефщ1ент,
що враховуе шдвищення втрат у стал1 з-за не-щеальност шихтовки, а також вс види додаткових втрат холостого ходу;
р15/50 - питом1 втрати в електротехшчнш
стал1 при В _ 1,5 Тл, / _ 50 Гц, Вт/кг;
тг, та - маса стал1 вщповщно зубщв та ярма якоря, кг;
рг, ра - питом1 втрати вщповщно в зубцях та ярм1 якоря, Вт/кг.
Величина питомих втрат у стал1 зубщв якоря може бути отримана за виразом [4]:
р2 _
0,044/ + 5,6
100
В2
(8)
де / - частота перемагшчування стал1, Гц; В2 - 1ндукщя в зубцях, Тл. Питом1 втрати в ярм1 якоря можуть бути ви-значеними за формулою [4]:
ра _
0,044f + 5,6
100
В2
(9)
де Т0 - початковий перегр1в, °С.
Теплова постшна часу якоря визначаеться за формулою [3]:
де Ва - шдукщя в ярм1, Тл.
Закон нагр1вання щеального однорщного ть ла в загальному випадку можна застосовувати до окремих частин електричних машин, однак лише з обумовленою м1рою точность
Швидюсть охолоджуючого пов1тря, що ви-значае величину коефщента тепловщдач1 а, можна приблизно визначити [4]: - вщносно поверхонь охолодження котушок головних та додаткових полюшв:
V _ Qном
(10)
ё /2 2 \ де £к _ппк-4- + 0,12 (( -Ва) - сумарна пло-
(6) ща перер1зу акаальних канал1в для проходу пов1тря, м2;
пк - кшьюсть акс1альних вентиляцшних ка-нал1в в якорц
ёк - д1аметр каналу, м;
В0, Ва - внутршнш д1аметр остова 1 зов-шшнш д1аметр якоря, м;
Qном - витрата пов1тря, м3/с. - вщносно охолоджуваних поверхонь якоря { компенсацшно! обмотки:
V _х ¡V2 + V
екв \ а к
2
к '
(11)
то
та
де Va = %D°n™
60
л1н1ина швидюсть якоря в
тривалому режим^ м/с;
пном - номшальна швидюсть обертання якоря, об/хв.
Середне значення коефщента теплов1ддач1 Вт
а [4], -:
м
[30 + 2,4V, якщо V < 54 м/с; 1160, якщо V > 54 м/с.
(12)
01 1 година 5Т
Рис. 2. Крив! нагр1вання якоря в р1зних умовах
1. Машина вентилюеться примусово, режим роботи тривалиИ. Струм якоря в цьому ви-падку дор1внюе номшальному.
2. Примусова вентилящя вщсутня, машина навантажена екв1валентним струмом 1екв на протяз1 одше! години.
Оскшьки величина тш визначаеться класом ¡золяцп, а параметри а , S розраховуються, то з урахуванням виразу (3) та рс = const можна визначити втрати в мщ1 обмотки, як забезпе-чують дану величину тш:
За вщсутносп примусово! вентиляци повгт-ря в машину зовш додатково не подаеться, тому VE = 0 м/с. В цьому випадку рух деякого
об'ему говоря створюеться при обертанш якоря, швидюсть якого визначаеться за формулою (11), в якш VE = 0 . Якщо машина вентилюеться в повному об'ем^ то у вираз1 (11) присутш обидв1 складов!. Видно, що у випадку повно! вентиляц!! значення ^кв буде бшьшим, шж у випадку вщсутност примусово! подач! охоло-джуючого пов1тря.
Таким чином, коефщент теплов1ддач1 а за вщсутносп примусово! вентиляц!! буде мен-шим вщ коефщента теплов1ддач1 aV при по-внш вентиляц!! машини.
Тому для того, щоб отримати усталене зна-чення перегр1ву тш в режим! випробувань без вентиляц!! на протяз! одше! години, р1вне допустимому перегр1ву при робот! машини в тривалому режим!, необхщно зменшити втрати в мщ1 обмотки рта, оскшьки втрати в стал! не зале-жать вщ струму i залишаються незмшними рс = const.
Прошюструемо це за допомогою рис. 2:
= Z Р - Рса =T»aS - Рса ,
(13)
де Рса - величина втрат в стал^ розрахована за формулою (7) для тривалого режиму, Вт.
Поставивши у формулу (6) значення рта з виразу (13), можна визначити е^валентний струм 1екв, який забезпечить задану величину перерву тш якiрно! обмотки на протязi однiе! години випробувань без примусово! подачi охо-лоджуючого повiтря:
1екв =
V(r
РГ )
(14)
Зпдно отримано! методики авторами розро-блено програму розрахунку величини екв1вале-нтного струму.
В якосп прикладу наведено результати розрахунку екв1валентного струму для тягового двигуна типу ЭД-118А. Паспортш дан! цього двигуна наведено в табл. 1.
Таблиця 1 Паспортш даш тягового двигуна ЭД-118А
Потужтсть, кВт 305
Номшальна напруга живлення, В 463
НомшальниИ струм, А 720
Частота обертання, с-1 9,75
Витрата охолоджуючого повпря, м3/с 1,25...1,33
Величина перерву в усталеному режима
= 135,9 °С (клас iзоляцi! F).
Величина еквiвалентного струму аналогично отримана за приведеною методикою: 1екв = 587,5 А.
Величина е^валентного струму, що вста-новлена експериментальним шляхом, складае /еКв = 575 А [1].
та
та
Рiзниця мiж аналiтично отриманим та екс-периментально встановленим значеннями струмiв складае приблизно 2,1 %. Це доводить точнють та прийнятнiсть запропоновано! методики визначення значення е^валентного струму якоря.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Правила ремонту електричних машин теплово-з1в ЦТ 0064 [Текст]. - 2003. - 122 с.
2. Правила ремонту електричних машин електро-воз1в ЦТ 0063 [Текст]. - 2003. - 286 с.
3. Находкин, М. Д. Электрические машины постоянного тока [Текст] / М. Д. Находкин. - М.: Энергия, 1960.
4. Курбасов, А. С. Проектирование тяговых электродвигателей [Текст] / А. С. Курбасов. - М.: Транспорт, 1987. - 536 с.
Надшшла до редколегп 28.11.2008.
