ISSN 1991-3087
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

НА ГЛАВНУЮ

Математическая модель асинхронного тягового электродвигателя ДАТ-470 как теплового объекта.

 

Тихонов Филипп Владимирович,

аспирант Московского Государственного Университета Путей Сообщения (МИИТ).

 

В связи с началом серийного выпуска подвижного состава, оснащенного тяговым приводом с асинхронными тяговыми двигателями (АТД), появилась необходимость  подробного исследования нагревания обмоток статора и ротора. Опыт исследования теплового состояния тяговых электродвигателей постоянного тока показывает, что обмотки имеют значительную неравномерность распределения температур, вносящую  значительную погрешность в расчет ресурса изоляции [2]. Поэтому для прогнозирования надежности двигателя в эксплуатации необходимо создавать подробные тепловые модели, позволяющие учитывать влияние режимов работы самого двигателя и его системы охлаждения на распределение температур в нем. Создание тепловых моделей двигателя позволяет решить и вспомогательные задачи. В частности, контроль за температурой узлов двигателя дает возможность регулировать тягу локомотива, обеспечивая движение тяжелых составов без перегрева обмоток, управлять мощностью энергетической цепи при неисправности системы охлаждения электрических машин и т.д. [3]

Практикой тепловых расчетов электрических машин доказана достоверность применения метода эквивалентных тепловых схем (ЭТС) для подробного расчета теплового состояния обмоток. В этом методе электродвигатель представляет собой совокупность элементарных тепловых узлов машины, соединенных между собой посредством соответствующих тепловых связей.

Тяговая передача перспективного тепловоза 2ТЭ25К "Пересвет" включает в себя асинхронный тяговый электродвигатель ДАТ-470 мощностью 470 кВт. Для расчета температур его обмоток была разработана ЭТС, состоящая из 21 теплового узла.  В модели учтены условия вынужденной конвекции от основных поверхностей охлаждения двигателя и свободной конвекции от станины и подшипниковых щитов к окружающему воздуху. Для каждого элементарного узла составлялось уравнение теплового баланса, имеющее вид [1]:

,                                                           (1)

где  - мощность, рассеиваемая в узле i;

 - теплоотдача от i-го узла к охлаждающему воздуху;

 - тепловая проводимость от j-го  узла к i-му  узлу;

, ,  - температура узлов i, j и охлаждающего воздуха соответственно.

Тепловые проводимости между элементарными тепловыми узлами c учетом сложной структуры изоляции определены из уравнения теплопроводности [1]:

,                                                                                     (2)

где  - площадь сечения теплопередачи;

,,..,-коэффициенты теплопроводностей материалов соответствующих элементов;

,,..,- толщина изоляционного материала соответствующего узла обмотки.

Теплоотдачи от узлов машины к охлаждающему воздуху определены из выражения [1]:

,                                                                                                        (3)

где  - коэффициент теплоотдачи;

 - площадь поверхности теплоотдачи;

Коэффициенты теплоотдачи от поверхностей представлены как функции размера канала, скорости потока охлаждающего воздуха, его теплопроводности  и вязкости  посредством критериальных зависимостей. Выражения для определения коэффициента теплоотдачи в общем случае имеет вид [1]:

,                                                                                                             (4)

где - число Нуссельта;

где  - число Рейнольдса;

 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхностей статора и ротора.

- коэффициент теплопроводности воздуха;

 - характерный размер для расчета скорости воздуха;

Математическая модель представляет собой систему уравнений тридцать восьмого порядка. С ее помощью произведен расчет теплового состояния участков обмоток тягового электродвигателя ДАТ-470 при работе на продолжительном режиме, характеризующемся параметрами: фазное напряжение Uф=495В, фазный ток IФ=425А, частота f1=30,33Гц, скольжение s=2,9%. На основании полученных результатов построены графики распределения температуры по длине для верхнего (Т1w) и нижнего (Т1n) слоев обмотки статора (рис.1) и ротора (Т2) (рис.2), а так же рассчитаны значения средних температур обмотки статора и ротора, составляющих 132,1ºС и 115,4ºС соответственно. Приведенные данные показывают, что самая высокая температура наблюдается в пазовой части и лобовой части со стороны привода обмотки статора и пазовой части обмотки ротора, а ошибка при рсчете ресурса изоляции обмотки АТД по значению ее средней температуры составляет 50%.

 

Рис. 1.

Распределение температур в обмотке статора.

 

Рис. 2.

Распределение температур в обмотке ротора.

 

Литература.

 

1.                  Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. Борисенко А.И. и др. М., «Энергия», 1974.

2.                  Влияние температуры обмоток тягового асинхронного двигателя на алгоритм управления им в передаче локомотива / Логинова Е.Ю., Чащин В.В. // Транспорт, наука, техника, управление. – 2003. - №4.

3.                  Прогнозирование эффективности работы асинхронного тягового привода на тепловозе / Чащин В.В., Логинова Е.Ю., Кофанов В.А. // Вестник ВНИИЖТа. – 2005. - №1.

 

Поступила в редакцию 20.05.2008 г.

2006-2019 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.