У дисертаційній роботі на основі теоретичних та експериментальних досліджень вирішена важлива науково-технічна задача підвищення експлуатаційної надійності і ефективності роботи перших українських електровозів ДЕ 1. Основні наукові результати, висновки і практичні рекомендації дисертації полягають у наступному. Встановлено відсутність як теоретичних, так експериментальних досліджень перехідних аварійних режимів роботи електровозів ДЕ 1, які обумовлюють струмові перевантаження та перенапруги в силових колах й тим самим знижують експлуатаційну надійність і ефективність роботи електровоза. Напруга на струмоприймачі електровоза являє собою випадковий стаціонарний ергодичний процес з одномірним у перерізі розподілом імовірностей за законом Гаусса з функцією математичного сподівання і функцією дисперсії . Випадкові коливання напруги здійснюються в межах від 2720 до 3980 В при номінальному . Поштовхи-зростання в інтервалі спостерігаються з імовірністю 0,8, а максимальні значення – з імовірністю 0,1.
Середня кількість перетинань поточних значень напруги свого номінального значення складає ~7,5 хв-1. Середня тривалість викидів дорівнює ~12 с, а імовірність довготривалих викидів, ~1,0 хв, складає 0,656. Запропоновано метод імовірнісного аналізу електромагнітних процесів (як в усталених, так і в перехідних режимах роботи) у суттєво нелінійних динамічних стохастичних системах, якими є силові кола електровоза (електрорухомого складу). При цьому вхідною дією є випадкова функція напруги на струмоприймачі, а найбільш доцільною схемою заміщення ТЕД є схема, в якій вихрові струми враховують струмом у короткозамкненому контурі (котушці), що магнітозв’язаний з обмоткою збудження через “залізо” магнітопровода аналогічно трансформатору і при цьому контур має змінні в часі перехідного процесу еквівалентні параметри. В експлуатаційному тяговому режимі на “СП”-з’єднанні ТЕД у межах реально існуючих випадкових коливань напруги на струмоприймачі квазиусталені значення математичного сподівання струму якоря, навіть без врахування його дисперсії, у 1,36 більше, ніж при . Розроблено математичні моделі силових кіл електровоза і на основі їх чисельних розрахунків докладно досліджено вплив імовірнісного характеру зміни напруги, початкового усталеного значення тягового струму, ступені послаблення збудження, параметрів вітки шунтування та тривалості зняття напруги на перехідні величини основного магнітного потоку, струмів обмоток якоря, обмоток збудження, струму шунтувальної вітки та вихрових струмів у таких аварійних режимах роботи електровоза: “зняття-відновлення” напруги; поштовхів напруг; внутрішнього та зовнішнього коротких замикань. На стадії повного зникнення напруги в аварійному режимі “зняття-відновлення” напруги в режимі повного поля основний вплив на характер зміни основного потоку здійснює магнітний потік , створений вихровими струмами. В початковий період (0,04...0,05 с) протидія мала і основний потік загасає різко до 20...25 % поточного значення; у подальшому ця протидія зростає і загасає повільніше, зменшуючись майже до нуля за 0,06 с.
У режимі послаблення збудження, окрім протидії , за рахунок розряду індуктивного шунта через обмотку збудження швидкість зміни менше ніж на повному полі і тому потік зменшується, наприклад, на ПЗ-4 за час 1,35 с лише до 43 % початкового значення. Зі збільшенням коефіцієнта збудження та індуктивності шунтувальної вітки загасання протікає інтенсивніше. Вибором параметрів шунтувальної вітки можна керувати ефектом розмагнічення ТЕД, оскільки струм в цій вітці стає (хоча і з безпечним кидком 220 А) протилежним струмові в обмотці збудження, який не змінює свого напрямку, не має початкового кидка і загасає, як і струм у шунті, практично до нуля через 1,4 с після повного зняття напруги. У стадії відновлення напруги характер зміни і значення перехідних величин, зокрема кидків струмів, визначається в основному законом відновлення в часі основного потоку і практично залежать від ряду наступних факторів: при збільшенні початкового значення тягового струму від до у режимі ПЗ кидок струму якоря зростає і через 0,08 с після відновлення досягає 514 А, що є безпечним для ТЕД; при тривалості часу зняття напруги амплітуди кидків струмів не залежать від ПЗ і незначні. Зі збільшенням до 1,4 с кратність максимальних значень струмів зростає до у режимі ПЗ-4; з підвищенням значення напруги відновлення амплітуди кидків струмів зростають, але не пропорційно , а у меншій ступені. Найбільш імовірними, з імовірністю 0,73, (відповідно до імовірних значень відновленої напруги) значеннями кидка струму якоря є 750...2150 А; при збільшенні ступеню послаблення збудження ( зменшується) максимальне значення кидка струму якоря збільшується, досягаючи у режимі ПЗ-4, при відновленні , при , і індуктивності шунта . При цих же умовах небезпечними є також кидки струму в шунтувальній вітці, що складають . Струм в обмотці збудження зростає без кидків до 342 А за 0,025...0,065 с після відновлення напруги; кидки струмів обумовлюють перенапруги на обмотці якоря до 540 В і обмотці збудження до 1380 В.
Коефіцієнт послаблення збудження у перехідних режимах є змінним від ряду факторів і має часову залежність, що носить експоненціальний характер, в якій через 0,025...0,03 с після відновлення напруги спостерігається мінімальне значення 0,1 при і 0,17 – . Часовий характер і причини змін перехідних електромагнітних величин, викликаних поштовхами-зростаннями напруги, такі самі, як і на стадії відновлення; особливо суттєвий вплив на зазначені величини здійснює початкове намагнічення ТЕД.
У найбільш “жорстокому” режимі співпадання, коли поштовхи складають , , а , амплітуда кидків струму якоря складає , а в обмотці збудження – . При цьому імовірність появи амплітуд кидків струму в обмотці якоря в діапазоні 400...1600 А складає 0,8, а величиною 2000 А і вище – 0,05. Аналогічно, кидки в обмотці збудження величиною 250...1000 А імовірні зі значенням 0,79, а при значеннях 2000 А і більше – з імовірністю 0,1. Струм в обмотці закороченого якоря у режимі внутрішнього короткого замикання уже в момент досягнення уставки спрацьовування ШВ (2500 А) складає небезпечне значення ~3400 А, яке суттєво збільшується до 5000...5500 А у період до моменту часу повного спрацьовування вимикача. У режимі зовнішнього короткого замикання струм у закороченому якорі ТЕД за термін часу спрацьовування ШВ також зростає до , що може призвести до виникнення колового вогню. Отже, застосованого на електровозі ШВ недостатньо при можливих коротких замиканнях розглядуваного виду.
Основними додатковими захисними засобами від надструмів, що можуть виникнути в розглянутих вище аварійних режимах роботи електровоза, є: збільшення у 2...2,5 рази індуктивності індуктивних шунтів; вимикання шунтувальної вітки від обмотки збудження у період зняття напруги з подальшим її вмиканням після закінчення аварійного процесу; застосування більш швидкого вимикача; вибір нової струмової уставки існуючого ШВ; обмеження коливань напруги в контактній мережі; зниження дії вихрових струмів. Розроблена методика визначення параметрів індуктивного шунта зі стрічковим осердям дозволяє проектувати малогабаритні, маловагові індуктивні шунти з потрібною залежністю динамічної індуктивності від струму тягового двигуна. Це дозволило спроектувати для електровоза ДЕ 1 малогабаритний шунт вагою 165 кг з індуктивністю 6,5 мГн.
Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах: Костін М.О., Міщенко Т.М. Метод аналізу випадкових процесів в силових електричних колах електрорухомого складу// Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Проблеми сучасної електротехніки. – 2002. – С.25-29. Мищенко Т.Н., Михаличенко П.Е., Костин Н.А. Вероятностные характеристики случайной функции напряжения на токоприёмнике первого украинского электровоза ДЭ 1// Електротехніка і Електромеханіка. – 2003. – №. 2. – С. 43 – 46. Міщенко Т.М. Викиди напруги на струмоприймачі електровоза ДЕ 1// Дніпропетровськ: Вісник ДНУЗТ. – 2004. – Вип. 4. – С.56-60. Міщенко Т. М., Костін М.О. Перехідні електромагнітні процеси при внутрішньому короткому замиканні в силових колах електровозу ДЕ 1// Електротехніка і електроенергетика. – 2005. – № 2. – С.64-69. Костін М.О., Міщенко Т. М., Гілевич О.І. Імовірнісний аналіз перехідних процесів в силових електричних колах електровоза ДЕ 1// Технічна електродинаміка. – 2005. – № 3 – С.54-61. Мищенко Т.Н. Математическое моделирование влияния толчков случайной функции напряжения на токоприёмнике на переходные электромагнитные процессы в электровозе ДЭ 1// Днепропетровск: Вісник ДНУЗТ. – 2005. – Вип. 9. – С. 61-68. Костин Н.А., Мищенко Т.Н., Гилевич О.И., Стохастические переходные электромагнитные процессы в силовых цепях электровозов при резком изменении напряжения на токоприёмнике// Електротехніка і Електромеханіка, 2005. – № 4. – С. 73-78. Kostin N., Mishenko Т., Reutskova О. Stochastic Тransient Еlectromagnetic Рrocesses in power Сircuits of electric Locomotives at a sharp change of Voltage on a Current Collector// SEVENTH INTERNATIONAL CONFERENCE “MODERN ELECTRIC TRACTION IN INTEGRATED XXIst CENTURY EUROPE”, Poland, Warsaw, 2005. – P. 227-232. Мищенко Т.Н. Некоторые рекомендации по дополнительной защите от токовых перегрузок силовой тяговой электрической цепи электровоза ДЭ 1// Дніпропетровськ: Вісник ДНУЗТ. – 2006. – Вип. 13. – С. 61-68. Мищенко Т. Н. Переходные электромагнитные процессы при внешнем коротком замыкании электровоза ДЭ 1// Тези І Міжнародної науково-практичної конференції “Електромагнітна сумісність на залізничному транспорті”. – 2007. – С.36-37.
|
