Анализ теплового состояния обмотки якоря тягового электродвигателя постоянного тока

Заключение

Полученные значения идеальной подачи шарового насоса указывают на кубическую зависимость её от радиуса гидромашины, то есть с помощью данной конструкции можно получить весьма большую производительность при незначительном увеличении габаритов (внутреннего радиуса) насоса. Проанализировав полученные данные по роторным объёмным насосам, можно сделать следующие выводы: значение коэффициента Кср среди рассмотренных известных типов объёмных гидромашин самое высокое у роторно-кулачковых насосов ( Кср = 0,0146), но даже по сравнению с этим типом насосов у

совершенствуемого шарового насоса коэффициент Кср выше в пять раз ( Кср = 0,0768). Это свидетельствует о том, что при одинаковых значениях

габаритных размеров и частоты вращения ротора шаровых и роторнокулачковых насосов производительность шаровых гидромашин будет в пять раз выше.

Библиографический список

1. Детали машин / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 2002. - 25 с. - ISBN 5-217-03095-Х.

2. Пат. 79619 Российская Федерация, МПК F01C 3/00. Роторная объёмная машина / Дёжинов Б. А., Войнов К. Н., Черток Е. В. - № 2008130797/22; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 12. - 1 с.

Статья поступила в редакцию 30.04.2009;

представлена к публикации членом редколлегии Вал. В. Сапожниковым.

УДК 629.424.3:621.313.13 М. А. Г рищенко

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В данной статье рассматриваются тепловой анализ тяговых электрических машин постоянного тока, а также компьютерное моделирование тепловых процессов в обмотке якоря. Помимо этого вносятся предложения по своевременной диагностике перегрева обмотки якоря тягового электродвигателя.

надежность тяговых электродвигателей, анализ теплового состояния обмотки якоря.

Введение

Работа любого преобразователя энергии, в том числе электрической машины, сопровождается потерями энергии. Тепло, создаваемое этими

потерями, нагревает отдельные части электрической машины, повышая их температуру.

Известно, что при повышении температуры значительно ускоряются процессы ухудшения свойств диэлектриков в результате старения, что в конечном итоге приводит к пробою (тепловому или электрическому). Согласно кинетической теории разрушения твердых тел, скорость процессов механического разрушения нагруженного твердого тела зависит не только от напряжения, вызываемого нагрузкой, но и от температуры. Температурно-временная зависимость прочности установлена для многих материалов (чистых металлов, сплавов, полимерных материалов, полупроводников, органического и неорганического стекла и других) для различных видов напряженного состояния при статических и циклических нагрузках. В связи с этим возникает перспектива использования температурных характеристик в качестве диагностических параметров при определении технического состояния тяговых электродвигателей.

1 Особенности тепловых процессов в тяговых электрических машинах постоянного тока

Электрические машины, предназначенные для установки на локомотивах, должны удовлетворять ряду особых требований и работать в специфических условиях, существенно отличающихся от условий их эксплуатации в стационарных условиях. Г абаритные ограничения, обусловленные размещением электрической машины на локомотиве, диктуют необходимость максимального использования внутреннего объема машины и осуществления ряда специальных мероприятий -применение теплостойкой и влагостойкой изоляции, использование материалов, допускающих повышенные рабочие температуры частей машины, внедрение прогрессивных конструктивных и технологических решений. В связи со стесненными габаритами у тяговых электродвигателей наблюдается более высокая рабочая температура по сравнению с электрическими машинами общего применения [1].

Нагрузочная способность электрических машин в большинстве случаев зависит от условий нагрева, так как повышение температуры является основной причиной их ограниченной мощности при длительных и кратковременных нагрузках. С увеличением нагрузки возрастают потери энергии в машине, повышается количество выделившейся теплоты, и при чрезмерной нагрузке температура отдельных ее частей, и в первую очередь изоляции, может превысить допустимые пределы.

В начальный период работы электрическая машина имеет температуру, практически не отличающуюся от температуры окружающей среды (воздуха). В этом случае вся теплота, выделяющаяся машиной, затрачивается на повышение температуры ее частей. Затем количество теплоты, рассеиваемой в окружающую среду, увеличивается. И, наконец, через некоторое время машина нагреется настолько, что вся теплота, выделяющаяся ею в единицу времени, будет рассеиваться в окружающую

среду. В этом случае дальнейшее повышение температуры машины прекратится и наступит режим теплового равновесия.

Процессы нагрева и охлаждения во всех типах электрических машин происходят по общим законам, так как любую электрическую машину можно в первом приближении рассматривать как идеальное однородное твердое тело. В действительности электрическая машина не является таковым, а представляет собой совокупность ряда частей (обмотки, элементы магнитопроводов, детали конструкции) с разной теплопроводностью и теплоемкостью и неодинаковыми условиями охлаждения, вследствие чего их температура также различна [2].

Явление теплопроводности представляет собой процесс переноса теплоты при соприкосновении тел или их частей, имеющих различную температуру. Перенос происходит вследствие движения и энергетического взаимодействия между структурными частицами вещества. Так как якорь электрической машины постоянного тока является составным телом или группой тел, то в общем виде можно записать следующую систему дифференциальных уравнений, описывающую распределение температуры в узлах якоря электродвигателя:

дТ___L

дт ср

Т=Т(х,у, z, т),

д дТ д дТ д дТ

—

ox ox dy oy oz oz

+

w

C P

дТ dT

4T^)n=UT2)(.^)n при Т1(т) = Т2(т\ on on

где Т - температурное поле, °С; x, y, z - координаты, м; п - время, ч;

X - коэффициент теплопроводности;

дТ „

— - производная температуры по нормали к изотермической

дп

поверхности;

с - удельная теплоемкость, Дж/кг-К;

-5

р - плотность, кг/м ;

-5

w - удельная производительность внутренних источников теплоты, Вт/м ; n - внутренняя нормаль к поверхности тела.

2 Моделирование тепловых процессов в обмотке якоря с помощью программного пакета Solid Works

Многие научно-исследовательские работы были посвящены изучению и оценке температурных характеристик тяговой электрической машины в условиях эксплуатации. В качестве одного из методов было предложено использовать для контроля температуры коллектора и обмоток якоря анализ расхода и температуры охлаждающего воздуха на входе и выходе его из электрической машины. Но данный метод имеет ряд существенных

недостатков, например, не учитываются такие существенные факторы, как химический и физический состав охлаждающего воздуха, качество фильтров, технические характеристики вентиляторов. При использовании подобной оценки теплового состояния узлов электрической машины невозможно определить, какие участки поверхности изоляции обмоток нагреваются за наименьший промежуток времени, а также измерить температуру перегретого узла тягового электродвигателя с достаточно высокой точностью.

Оптимальным в данном случае будет метод непосредственной оценки температуры обмотки. При его использовании существует возможность избежать возникновения погрешностей измерения, так как будет производиться измерение непосредственно температуры поверхностей коллектора и якоря электрической машины, а не температуры воздуха, охлаждающего эти узлы.

Для того чтобы оценить тепловое состояние обмотки якоря тяговой электрической машины, оценить распределение тепловых полей на поверхности ее узлов, была построена компьютерная модель якоря тягового электродвигателя ЭДУ-133 с использованием программного пакета Solid Works (см. рис.), а также его приложения COSMOS Works. Расчет модели осуществляется методом конечных элементов, производится построение сетки на поверхностях якоря тягового электродвигателя, и, в зависимости от поставленной задачи, появляется возможность более точного или более «грубого» отображения полученных результатов.

С помощью данного программного пакета был смоделирован процесс теплопередачи от обмотки к железу якоря. При этом если ранее изоляция и проводник с током в различных расчетах электрических машин заменялись условно однородным телом с усредненными коэффициентами теплопроводности, то при использовании в расчете данной модели были учтены особенности химических и физических свойств материалов, из которых изготавливаются рассматриваемые узлы тягового двигателя.

Модель тягового электродвигателя постоянного тока ЭДУ-133

При использовании построенной математической модели результаты теплового анализа могут быть представлены с достаточной точностью, а также можно проанализировать процесс теплопередачи между любыми узлами якоря тягового электродвигателя.

Предложенная тепловая модель дает возможность рассчитывать температурные поля якоря тягового электродвигателя с погрешностью не более 5 %.

Заключение

1. П

роцессы нагрева и охлаждения тяговых электродвигателей имеют ряд особенностей, в связи с этим возникает необходимость более детального анализа теплопередачи в узлах электрических машин постоянного тока. Необходимо учитывать, что электродвигатель постоянного тока представляет собой сложное тело, состоящее из элементов с различными физическими и химическими свойствами, а также с различными коэффициентами теплопроводности, поэтому представление изоляции и проводника в качестве единого однородного тела не является корректным.

2. С помощью современного программного обеспечения была построена математическая модель тягового электродвигателя постоянного тока ЭДУ-133. Данная модель позволяет анализировать процесс распределения тепловых полей на поверхности якоря электрической машины с погрешностью не более 5 %.

Библиографический список

1. Новые электрические машины локомотивов / А. В. Грищенко, Е. В.

Козаченко. - М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на

железнодорожном транспорте», 2008. - 271 с. - ISBN978-5-89035-520-1.

2. Устройство и ремонт электровозов и электропоездов / А. В. Грищенко, В. В. Стре-копытов, И. А. Ролле. - М. : Академия, 2008. - 320 с. - ISBN 978-5-7695-4249-7.

Статья поступила в редакцию 25.05.2009;

представлена к публикации членом редколлегии А. В. Грищенко.

УДК 528.236

В. Н. Иванов, А. И. Кондратьев

АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПУНКТА ПО ИЗМЕРЕННЫМ КОДОВЫМ ПСЕВДОДАЛЬНОСТЯМ ДО СПУТНИКОВ

Рассмотрена последовательность вычисления координат пункта по измеренным кодовым псевдодальностям до спутников. Приведены формулы вычисления координат методом итераций. Показана реализация алгоритма вычисления на примере расшифровки файла измерений до спутников.

псевдодальность, спутниковая навигационная система, местоположение, итерация, ГЛОНАСС.

Введение

Инфраструктура железнодорожного транспорта представляет собой комплекс линейного типа. Для описания тысяч километров железнодорожных путей и различных объектов в полосе отвода железных дорог требуется много времени и усилий. Для оперативного обновления информации и своевременного обеспечения ею управленческих структур необходимо использование современных технологий. Использование геоинформационных технологий с опорой на оперативное высокоточное определение координат положения элементов инфраструктуры глобальными спутниковыми системами повысит эффективность управления [1].