Файл: южноуральский государственный университет (национальный исследовательский университет).pdf

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Институт «Политехнический», факультет «Энергетический»
Кафедра «Автоматизированный электропривод»
ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ
Заведующий кафедрой, к.т.н., доцент
__________________/А.Н. Шишков/
“______”________________ 2019 г.
Модернизация системы охлаждения тягового электродвигателя электровоза
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ВЫПУСКНОЙ
КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140 ВКР
Руководитель проекта:
Профессор, д.т.н.
__________________/
В.Л. Кодкин /
“______”________________ 2019 г.
Автор проекта
студент группы
____ ПЗ-576_______
__________________/ М.А. Салов /
“______”________________ 2019 г.
Нормоконтролер
Доцент, к.т.н.
__________________/А.Е. Бычков/
“______”________________ 2019 г.
Челябинск
2019 г.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дат
а
Лист
4
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ ВКР
Разраб.
Салов М.А.
Провер.
Кодкин В.Л.
Реценз
Н. Контр.
Бычков А.Е.
Утверд.
Шишков А.Н.
Модернизация системы
охлаждения тягового
электродвигателя
электровоза
Лит.
Листов
53
ЮУрГУ
Кафедра «АЭП»
АННОТАЦИЯ
Салов М.А. Модернизация системы охлаждения тягового электродвигателя электровоза. – Челябинск: ЮУрГУ, ПЗ-576;
2019, 53 с., 7 ил., 7 табл., библиографический список – 14 наим., __ листов чертежей ф. А_
В дипломной работе рассмотрены вопросы модернизации системы охлождения тягового электродвигателея электровоза.
Приведено технические данные асинхронного трехфазного с короткозамкнутым ротором электродвигателя РДМ160LB4 установленного в приводе вентилятора для воздушного охлаждения тяговых двигателей.
Приведены схемы управления и алгоритмы работы системы охлаждения тяговых электродвигателей. Проведена модернизация системы охлаждения тяговых электродвигателей путем замены электродвигателя рДМ160LB4 на бельё производительный двигатель с схожими габаритами

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 7 1 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ .................................................... 9 1.1 Система охлаждения ................................................................................. 9 1.2 Мультициклонные воздушные фильтры модуля охлаждения тяговых электродвигателей ...................................................................................... 9 1.3 Модуль охлаждения тяговых электродвигателей ................................ 11 1.4 Асинхронный электродвигатель рДМ160LB4 вентилятора модуля охлаждения тяговых электродвигателей ................................................ 14 2 ТРЕБОВАНИЯ К СИТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЕЕ НЕДОСТАТКИ ........................................ 16 2.1 Требования к системе электропривода модуля охлаждения .............. 16 2.2 Недостатки системы охлаждения тяговых двигателей ...................... 18 2.3 Требования, предъявляемые автоматической системе управления . 18 3 СИТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНЯ МОДУЛЕЙ
ОХЛОЖДЕНЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ............................... 20 3.1 Статический преобразователь собственных нужд .............................. 20 3.2 Шкаф защиты .......................................................................................... 24 3.3 Статический преобразователь СТПР 1000 ........................................... 25 3.4 Статический преобразователь СТПР 600 ............................................. 26 3.5 Шкаф ПЧ и ЗУ ......................................................................................... 26 4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА
МОДУЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЙ ............ 28 4.1 Условии выбора двигателя .................................................................... 20

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
4.2 Выбор электродвигателя ........................................................................ 20 4.3 Расчет характеристик двигателя ............................................................ 31 4.4 Постройка характеристик ....................................................................... 37 5 СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И АЛГОРИТМ РАБОТЫ МОДУЛЯ
ОХЛОЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ............................ 42 5.1 Микропроцессорная система управления и диагностики .................. 42 5.1.1 Тхнические характеристики МПСУиД .............................................. 43 5.1.2 Состав МПСУиД .................................................................................. 43 5.1.3 Структура управления МПСУиД ....................................................... 45 5.1.4 Работа микропроцессорной система управления локомотивом ..... 47 5.2 Алгоритм включения цепей вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей .................................................................................... 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 51
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................... 52
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................................................... 54

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
ВВЕДЕНИЕ
Один из самых мощных электровозов функционирующих на российских железных дорогах в наше времени, на данный момент является электровоз серии 2ЭС6 «Синара»,
Первый образец этой модели выпустили в 2006 году.
Всего к июню 2019 года построено около 900 электровозов этой серии.
2ЭС6 «Синара» грузовой двухсекционный восьмиосный магистральный электровоз постоянного тока напряжения 3 кВ с коллекторными тяговыми электродвигателями. Одним из важнейших аспектом функционирования и без отказной работы электровоза является система охлаждения.
При работе тяговых электрических машин часть подведенной к ним энергии преобразуется в активных частях машины (в обмотках и магнитной системе) в тепловую, что ведет к нагреванию машин и повышению температуры обмоток и их изоляции. Тепловое состояние электрической машины характеризуется температурами ее активных частей, точнее, превышениями этих температур над температурой охлаждающего воздуха
Увеличение температур обмоток ускоряет старение электроизоляционных материалов. Для каждого класса изоляции существует определенный уровень температур, превышение которого на 5-10°С приводит к сокращению долговечности изоляции (срока службы) в два раза. В связи с этим на основе технико-экономических соображений предельные значения превышений температур обмоток строго ограничиваются стандартами в соответствии с классами изоляции
Для предотвращения излишнего нагрева электрических машин при работе на электровозе серии 2ЭС6 «Синара» предусмотрена систем охлаждения путем нагнетания воздуха из окружающей среды. Для этого на электровозе установлены модуль охлаждения на каждой секции.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
Модуль охлаждения тяговых электродвигателей предназначены для перемещения воздуха не содержащую пыли и других твердых примесей при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 60 ºС.
Каждый модуль охлаждения подает воздух по воздуховодам к тяговым электродвигателям одной тележки. Часть воздуха, отводимая из воздуховодов, предназначена для вентиляции кузова.
Таким образом, основным назначением модулей охлаждения системы тяговых электрических машин и аппаратов является создание условий теплоотвода, в которых превышение температур обмоток при любых возможных режимах работы не выходило бы за допустимые пределы.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
1 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
1.1 Система охлаждения
Для избегания повышенного нагрева электрических машин при работе на электровозе серии 2ЭС6 «Синара» предусмотрена систем охлаждения
В систему охлаждения электрических машин и аппаратов электровоза 2ЭС6
«Синара» входят устройства:

Вентиляторы обдува;

Устройства для забора и очистки воздуха;

Устройства для распределения и подачи к потребителям нагнетаемого воздуха.
Оборудованию электровоза, которое подлежит принудительному охлаждению воздухом, относятся:

Тяговые электродвигатели (ТЭД);

Пуско-тормозные резисторы.
Для охлаждения электрических машин и аппаратов на электровозе 2ЭС6
«Синара» в каждой секции были установлены два модуля охлаждения тяговых электродвигателей, которые так же используется для создания избыточного давления в машинном отделении электровоза.
На рисунке 1.1 представлена система воздушного охлаждения одной секции электровоза 2ЭС6 «Синара».
Система вентиляции тяговых двигателей работает следующим образом.
Воздух, засасываемый модулем охлаждения ТЭД, проходит через механические центробежные отделители осаждений, где происходит его очистка от влаги и пыли. Очищенный воздух поступает в форкамеры вентиляторов охлаждения тяговых двигателей. Из форкамеры воздух засасывается вентилятором охлаждения, на выходе из которого разделяется

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ натри потока. Два потока направляются по раздельным каналам к тяговым двигателям, третий направляемый в кузов электровоза создает в нем повышенного давления в кузове электровоза, благодаря чему происходи циркуляция воздуха и охлаждение электрических аппаратов.
Рисунок 1.1
–
Система воздушного охложденя одной секции электровоза
2ЭС6 «Синара»: 1– форкамера передняя; 2 – модуль охлажденья ТЭД; 3 – воздуховоды системы охлаждения ТЭД; 4– модули пуско-тормозных резисторов; 5 – форкамера задняя
Охлаждающий воздух, поступающий в тяговый электродвигатель и в кузов электровоза должен быть очищаться от посторонних примесей обеспечивая следующею степень очитки поступающего воздуха;

От пыли – не менее 75%;

От капель влаги – не менее 80%;

От снега - не менее 80%.
1.2 Мультициклонные воздушные фильтры модуля охлаждения тяговых электродвигателей
На секцию электровоза устанавливается два модуля фильтра воздушного.
Назначение – очистка наружного воздуха, подаваемого для охлаждения электрических машин, от пыли, влаги и снега.
Воздухоочистители инерционного действия мультициклонного типа удовлетворяют всем современным требованиям по эффективности очистки,

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ долговечности, надежности и отсутствию частого обслуживания, за счет непрерывной их самоочистки.
Основным элементом самоочищающего фильтра является циклонный прямоточный воздухоочиститель, состоящий из аэродинамического завихрителя, цилиндрического корпуса и приемного патрубках для выхода чистого воздуха.
На рисунке 1.2 представлен изображение улиточного завихрителя, воздушного фильтра применяемого в системе очистки воздуха.
Рисунок 1.2 – Улиточный завихритель воздушного фильтра
Аэродинамический колпачковый завихритель, состоящий из шести клиновидных лопастей, создает закрученный поток загрязненного воздуха высокой скорости. Движущийся по цилиндрическому корпусу воздушный вихрь приводит в движение частицы пыли и влаги, на которые действуют центробежные силы, отбрасывающие их к стенам. Сконцентрированные на периферии частицы загрязнений выбрасываются через щелевые проточки в конце трубной части корпуса, а чистый воздух (90% основного потока) выходит через приемный патрубок потребителю.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
Частицы пыли с 10% воздуха, ударяя по стенкам трубы, являются автоматическим очистителем циклона. Благодаря самоочищающемуся действию пыли предотвращается ее скопление в выпускных проточках и засорение выхлопного тракта фильтра
Фильтрующие циклонные элементы объединяются в блоки, которые устанавливаются на пути воздушного потока. Внутри блока имеется свободное пространство для сбора и отвода воздуха с пылью с помощью отсасывающего вентилятора.
На секцию устанавливается два модуля очистки воздуха. Технические характеристики модуля очистки указаны в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Техническая характеристика модуля
Наименование параметра
Значения
Количество циклонных блоков, шт
4
Общее количество циклонов, шт
300
Номинальный расход воздуха, м3/час
6000
Воздушное сопротивление, не более, Па
600
Эффективность очистки воздуха при номинальном расходе, не менее,
80%
Тип вентилятора отсоса центробежный
В-Ц14-46-2-01А
Производительность, не менее, м3/час
810;
Количество отсасывающих вентиляторов, шт
2 1.3 Модуль охлаждения тяговых электродвигателей
Для охлаждения тяговых электродвигателей (ТЭД) на электровозе 2ЭС6 установлены индивидуальные модули охлаждения. Каждый модуль охлаждения нагнетает воздух по воздуховодам к двум тяговым