автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса сушки изоляции тяговых электрических машин подвижного состава

На правах рукописи

005055557

ТИХОМИРОВ Владимир Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

ОМСК 2012

005055557

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский го сударственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО «ИрГУПС»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор АСТРАХАНЦЕВ Леонид Алексеевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор АВИЛОВ Валерий Дмитриевич —

заведующий кафедрой «Электрические машины и общая электротехника», ОмГУПС;

кандидат технических наук, доцент БЕЛЯЕВ Павел Владимирович -

доцент кафедры «Электрическая техника» Омского государственного технического университета.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путеГ сообщения (ДВГУПС)».

Защита диссертации состоится 14 декабря 2012 г. в 11— часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 13 ноября 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; e-mail: nauka@omgups.ru

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор

© Омский гос. университет путей сообщения, 2012

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Процессы развития научно-технического прогресса являются решающим фактором повышения эффективности железнодорожного транспорта и, в частности, электроподвижного состава в современных условиях, что имеет ряд особенностей, связанных с новыми экономическими отношениями в стране, с изменяющимися объемами перевозок, особенно грузовых. Резко обострилась проблема снижения эксплуатационных расходов, в том числе уменьшения затрат на неплановые ремонты тягового подвижного состава, экономии электроэнергии. На первый план выдвигаются задачи по внедрению ресурсосберегающих технологий и новых технических средств, что получило отражение в реализации «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17.06.2008 №877-р.

Анализ надежности тяговых электродвигателей Восточного региона показывает, что на долю тяговых электрических машин (ТЭМ) приходится более одной пятой отказов. Наблюдается рост повреждений ТЭМ по мере увеличения срока их эксплуатации. Средняя стоимость устранения отказа ТЭМ в несколько раз превышает стоимость устранения повреждений других видов оборудования электровоза.

Значительный вклад в решение вопросов надежности наиболее «слабых» узлов тяговых электрических машин - изоляционных конструкций и коллектор-но-щеточного узла тяговых двигателей - внесли А. А. Бакланов, В. Г. Галкин, М. Д. Глущенко, М. Г. Дурандин, Ш. К. Исмаилов, М. Ф. Карасев, А. С. Космода-мианский, А. С. Курбасов, А. Б. Лебедев, А. С. Мазнев, Р. Я. Медлин, А. Т. Осяев, В. П. Смирнов, В. В. Харламов, В. А. Шевалин и многие другие.

И, тем не менее, некоторые вопросы в области повышения ресурса тяговых двигателей электровозов за счет повышения качества изоляции обмоток требуют дальнейшего исследования. Задача повышения ресурса изоляции тяговых электрических машин остается актуальной по настоящее время и представляет научный и практический интерес. С целью повышения ресурса тяговых двигателей электровозов предложено обеспечить применение современных электроизоляционных материалов при управлении температурным режимом в камере сушильной печи, усовершенствовать процесс сушки изоляции обмоток с помощью энергосберегающих полупроводниковых преобразователей.

Научным исследованиям и разработке энергосберегающих технологий уделялось значительное внимание различными научными коллективами. Боль-

3

шой вклад в теорию энергетических процессов электрифицированных установок внесли ученые В. Д. Авилов, А. Т. Бурков, С. В. Власьевский, Г. Г. Жемеров, А. С. Курбасов, В. А. Кучумов, О. А. Некрасов, В. Н. Лисунов, О. А. Маевский, Г. П. Маслов, Л. А. Мугинштейн, А. В. Плакс, А. Н. Савоськин, О. А. Сидоров, Б. Н. Тихменев, В. П. Феоктистов, В. Т. Черемисин и другие исследователи.

К настоящему времени разработаны электронные преобразователи для регулирования мощности электросушильных печей, которые имеют высокие функциональные свойства и надежность. Общими недостатками электропечей сопротивления с полупроводниковыми преобразователями, которые изготавливаются в России и за рубежом, являются низкие энергетические показатели в режимах управления; неудовлетворительные показатели работы потребителей электроэнергии из-за ухудшения формы напряжения, тока в электрической сети; ограниченная единичная установленная мощность известных электросушильных печей с преобразователями.

Цель диссертационной работы - совершенствование технологического процесса сушки изоляции тяговых электрических машин на основе применения полупроводникового регулятора мощности для управления температурным режимом в камере сушильной печи.

Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи: разработать методику расчета энергетических характеристик процесса сушки изоляции тяговых электрических машин с управлением мощностью электронагревателя полупроводниковым регулятором;

разработать математическую модель системы управления мощностью установки для сушки изоляции тяговых электрических машин с полупроводниковым преобразователем;

предложить способ энергосберегающего управления и разработать полупроводниковый преобразователь для формирования температурного режима сушки изоляции тяговых электрических машин;

усовершенствовать технологию ремонта якорей тяговых электродвигателей локомотивов для сокращения времени сушки и повышения электрической прочности изоляции токоведущих частей;

определить технико-экономическую эффективность применения усовершенствованной системы управления температурным режимом в камере сушки изоляции тяговых электрических машин.

Методы исследования. Для исследования применялись метод спектрального анализа и фундаментальная теория электрических цепей с использованием закона сохранения энергии в электромагнитном поле. Для расчета и

4

анализа математического моделирования применялись лицензионные программные продукты Microsoft Excel 2003, Matlab 6.5 и встроенный в него язык программирования Simulink б. Результаты теоретических исследований и аналитических расчетов проверялись на физических моделях. Научная новизна работы заключается в следующем: предложены аналитические выражения для расчета электрических вели-шн и оценки энергетической эффективности использования действующего напряжения для сушки изоляции тяговых электрических машин в электросушильных печах с полупроводниковым регулятором мощности;

разработана математическая модель энергетических процессов в электрических установках для сушки изоляции тяговых электрических машин с полупроводниковым преобразователем, позволяющая выполнять оценку температурных режимов и параметров системы управления процессом сушки для повышения электрической прочности изоляции;

обоснована целесообразность применения полупроводникового регулятора мощности для энергосберегающего управления температурным режимом в самере сушки изоляции тяговых электрических машин.

Достоверность научных положений и результатов подтверждена корсетным применением положений фундаментальной теории электрических це-1ей и преобразовательной техники, сходимостью результатов математического годелирования и экспериментальных исследований. Расхождение результатов еоретических исследований с экспериментальными данными не превышает гяти процентов.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем: разработанная методика расчета и выбора элементов полупроводникового 1егулятора мощности позволяет проектировать и изготавливать преобразователи заданными параметрами управления для обеспечения температурного режима [ повышения эффективности сушки изоляции тяговых электрических машин;

предложенный способ управления полупроводниковым преобразователем ;ает возможность применять современные электропечи сопротивления для ушки изоляции тяговых электрических машин;

разработанный полупроводниковый преобразователь для управления емпературным режимом сушки изоляции тяговых электрических машин обес-ечивает экономию энергии и электромагнитную совместимость электросу-шльной печи с системой электроснабжения;

усовершенствованный технологический процесс сушки якорей тяговых лектродвигателей с плавным управлением температурным режимом в сушиль-

5

ной камере позволяет повысить электрическую прочность изоляции токоведу-щих частей электродвигателей и сократить время на их ремонт.

Реализация результатов работы. Полученные автором результаты работы приняты для внедрения службой локомотивного хозяйства ВСЖД. Разработан и изготовлен лабораторный стенд «Регуляторы мощности», методика математического моделирования энергетических процессов в электронагревательной установке с преобразователем используется в учебном процессе Иркутского государственного университета путей сообщения при подготовке инженеров по специальности 190300 - «Подвижной состав железных дорог» и повышении квалификации специалистов при изучении методов энергосбережения.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международной конференции «Энергосберегающие технологии и окружающая среда» (Иркутск, 2004); ежегодных научно-технических конференциях ИрГУПСа (Иркутск, 2005 - 2011); международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006); на семинаре «Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование» - Международный выставочный комплекс «СибЭкспоЦентр» (Иркутск, 2008), II научно-практической конференции «Безопасность регионов - основа устойчивого развития» (Иркутск, 2009); международной научно-практической конференции «Проблемы трансферта современных технологий в экономику Забайкалья и железнодорожный трансферт» (Чита, 2011); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2011).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 17 научных работ, в том числе четыре статьи из списка изданий, определенных ВАК Минобрнауки России, и два патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка из 145 наименований, приложения и содержит 169 страниц основного текста, 21 таблицу и 57 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе на основе проведенного анализа показано локальное снижение надежности ТЭМ из-за неравномерного перегрева и переувлажнения изоляции обмотки якоря. Анализ надежности предельно нагруженного оборудования электровозов, эксплуатируемых на железных дорогах Восточной Сибири, показал, что отказы существенно различаются по макроклиматическим зонам, которые отличаются направлением движения, температурным режимом и влажностью окружающей среды.

Наиболее уязвимым и дорогим элементом тяговых электрических машин и аппаратов является изоляция. Для пропитки изоляции тяговых электрических машин применяют специальные пропиточные лаки горячей (печной) сушки. Технологические характеристики пропиточного состава играют значительную роль, определяя не только качество пропитки, но и параметры технологического процесса для ее реализации. При выборе электроизоляционных материалов для пропитки изоляции ТЭМ необходимо корректировать время технологического процесса сушки изоляции и необходимую температуру для качественного запекания этих материалов.

Рассмотренная технология пропитки и сушки якорей ТЭМ и средств, обеспечивающих сушку изоляции, показала, что наиболее распространенный способ сушки обмоток конвекционный, когда изделия загружают в сушильную камеру, а нагрев их происходит в основном за счет передачи тепла горячим воздухом, поддерживая рекомендуемые значения температуры сушки для каждого класса изоляции.

Анализ известных способов и технических средств для управления мощностью электросушильных печей с силовыми полупроводниковыми приборами (СПП) показал, что имеются резервы в решении задач по энергосбережению, повышению эффективности использования питающих электрических сетей и электромагнитной совместимости устройств.

Во второй главе по диаграммам Л. К. Рамзина (1-<1 - диаграмме) произведен анализ различных температурных режимов конвективной сушки изоляции обмоток ТЭМ. Выполнены расчет и сравнение сушки нагретым воздухом до различных значений температуры для печи А123, который показал энергоэффективность способа постоянного поддержания температуры в сушильной камере.

Рассмотрены результаты научных исследований и методы анализа энергетических процессов в электротермических установках с полупроводниковыми приборами. На основе результата анализа известных энергетических характеристик электросушильных печей с полупроводниковыми преобразователями установлено, что вопросам оценки эффективности использования действующе-

7

го напряжения в питающей сети для получения тепловой энергии уделено недостаточно внимания.

На основе закона сохранения энергии в электромагнитном поле, с использованием спектрального анализа, установлены мгновенные значения напряжения и(0 на входе преобразователя электронагревательной установки:

"(*) = Ей* (кю 0 + Хипк (ксо I), (1)

к-0 к-0 '

где иик(ксо1) - мгновенное значение напряжения к-й гармоники на входе преобразователя во время проводящего состояния СПП; к - номер составляющих ряда Фурье, целые числа; со - угловая частота гармонических составляющих ряда Фурье; ипк(ксоО - мгновенное значение напряжения к-ой гармоники на входе преобразователя во время непроводящего состояния СПП.

Под действием напряжения и^кйЛ) в электрической цепи протекает ток

к-п

¡(0= 2лк(ксо1), (2)

к-0 '

здесь ¡кСкюО - мгновенное значение тока к-й гармоники на входе преобразователя.

Полная мощность на выходе преобразователя за время проводящего состояния СПП

к-п

Эвых =ио-10+2Хк-11с=и„ых-1ВЬ1)1) (3)

к=1

где ивь,х, 1ВЬ1Х - соответственно действующие значения напряжения и тока на выходе преобразователя; к - номер одноименной гармонической составляющей напряжения и тока.

Произведения постоянных составляющих и произведения косинусных составляющих ряда (3) в сумме образуют среднее значение полной мощности на выходе преобразователя, которое в электротехнике принято называть активной мощностью:

к=п

Р = и0.10+^и„к-1к-соз%) (4)

к-1

где и0, ии]с - соответственно среднее значение напряжения и действующее значение напряжения к-й гармоники на выходе преобразователя; 10, 1к -среднее и действующее значения тока одноименной к-й гармоники на выходе преобразователя; <рк - угол сдвига по фазе к-й гармоники тока относительно одноименной гармоники напряжения на выходе преобразователя.

Произведения синусных гармонических составляющих ряда в выражении (3) образуют синусоидальные составляющие мгновенной мощности на выходе преобразователя, которые принято называть реактивной мощностью:

8

Q = ZUHk ^k-sin^ . (5)

k=I

Таким образом, полная мощность на выходе преобразователя с учетом выражений (4), (5)

Б.* = 2 U„k • Ik = ивых • 1вш = VP2+Q2 . (6)

k-0

Другую составляющую полной мощности на входе преобразователя, выраженную через действующие значения напряжения и тока, обозначим как AS(t),

AS = gunk-Ik=Un-I, (7)

k=0

где Unic - действующее значение напряжения k-й составляющей ряда Фурье на входе преобразователя во время непроводящего состояния СПП; 1к - действующее значение одноименной к-й гармоники тока на входе преобразователя; Un - действующее напряжение, которое прикладывается к преобразователю во время непроводящего состояния СПП; I - действующее значение тока на входе преобразователя.

Мощность AS представляет собой составляющую полной мощности на входе преобразователя, характеризующую ту часть электрической энергии источников, которую нельзя преобразовать в иной вид энергии или с помощью этой части энергии обеспечивать энергообмен, так как напряжение U„ прикладывается к СПП преобразователя во время непроводящего состояния.

Таким образом, полная мощность на входе преобразователя технологических установок может быть выражена через ее составляющие:

Sbx=U-I = VP2+Q2+AS2. (8)

Для электросушильных установок с преобразователями на основании уравнения (8) с учетом (4), (5), (7) коэффициент мощности

„ _ Р VP2+Q2 Р „ „

= SBX = Jp2 +Q2 + AS2 VP^F " (9)

где Кп - коэффициент, позволяющий оценить энергетическую эффективность работы преобразователя; К„ - коэффициент мощности нагрузки, позволяющий оценить ухудшение процесса необратимого преобразования электрической нергии в иной вид энергии из-за энергообмена.

Получено аналитическое выражение для определения действующего тока [а входе полупроводникового регулятора сушильной печи в зависимости от ласса изоляции, используемой в процессе ремонта ТЭМ, температуры внут-

реннего 1„ и наружного ^ воздуха, тепловой характеристики q0 и кратности воздухообмена к в сушильной камере электропечи, теплоемкости с и плотности воздуха рв, количества ремонтируемых ТЭМ п:

^(1в-1„) + кУсрв(1в-1я) + п\УЧисп10-3-

1 =

Л

(10)

где qo - удельная тепловая характеристика сушильной камеры, Вт/(м ■ С); V -объем сушильной камеры, м3; 1, и 1, - расчетная температура соответственно внутреннего и наружного воздуха, С; с - теплоемкость воздуха, Вт/(кг- С); рв-плотность воздуха, кг/м3; п - количество двигателей в сушильной камере; ''¡У -количество влаги, испаряющейся в камере, г/(дв-ч); 9ИСП — удельная теплота фазового преобразования воды в пар, Вт/кг; ОИНф - масса инфильтрационного воздуха, кг/с; Б: - площадь нагретых поверхностей, м2; а,- - коэффициенты теплопередачи от стенок наружных поверхностей к воздуху рабочего пространства,

2 ° ° Вт/(м • С); 1ст.„1- температура наружных стенок, С.

Для оценки энергетической эффективности электросушильной печи с преобразователем и учета параметров электрической сети при расчетах использована система дифференциальных уравнений:

Г

4(0 = -

Т1Л/ Хи22к (к<а 0 - 1,и2л (ксо О

0 =

4

"12 ксо

сНДкаИ) х с! I. (кш I)

<1(кш()

{

и,(0

"иК, сП,(каП) , . = ^ к---гт;—^ +

е(0=1

¡(0=1:

V

>|_ксо а (коз ^ г01 - 11к(ксо1) + ^ ■

(кш 0 +

(И (ксо О <3(к(о 0 ¿¡(ксо О а(кюО

кш с! (коэ г) хт сН^кйП)

+ и2Дксй1)

ксо <3(кш1) + и1к(кш1)

+ и,1(км1)

(П)

Д + ;

1

-11к(кйН)

ксо хГ

Первым уравнением системы уравнений (11) учитываются параметры электросушильной печи и полупроводникового преобразователя; вторым, третьим уравнением - трансформаторная потребительская подстанция; четвер-

тым, пятым - фидер районных потребителей. Для решения системы уравнений (11) применено имитационное моделирование в системе компьютерной математики Ма(:1аЬ.

В третьей главе предложены технические решения, обеспечивающие энергосберегающее управление мощностью сушильных печей и электромагнитную совместимость с электрическими сетями железных дорог. Изложен принцип действия разработанных полупроводниковых преобразователей входного электрического сопротивления, которые изменяют в режимах управления способ соединения нагревателей печи во времени, изменяют коэффициент преобразования полупроводниковых преобразователей, а также рассмотрены комбинированные устройства, изменяющие способ соединения нагревателей и коэффициент преобразования полупроводникового регулятора мощности.

Полупроводниковым преобразователем (рис. 1) можно изменять действующее значение напряжения на электронагревателях 21 ...26 от номинального действующего значения напряжения сети до нуля, поэтому преобразователь можно применять для управления мощностью электронагревателей со стандартными значениями номинального напряжения сети.

а б

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема электросушильной печи с преобразователем, изменяющим способ соединения сопротивлений (а) и временные диаграммы напряжения на электронагревателях сушильной печи в режимах управления их мощностью преобразователем (б)

Номинальный режим электронагревателей обеспечивается одновременной подачей импульсов управления на тиристоры У81, УБ2, УБЗ с углом проводимости тиристоров (3 = 180° в фазе и со смещением импульсов управления тиристо-

рами в других фазах на 120 электрических градусов. В режиме управления активная мощность сушильной печи уменьшается за счет различного соединения электронагревательных элементов во времени, при этом увеличивается входное электрическое сопротивление электросушильной печи. Часть времени нагреватели печи соединяются параллельно, по смешанной схеме или последовательно.

Разработана система управления полупроводниковым преобразователем входного электрического сопротивления, которая содержит блок выходного усилителя, формирователь импульсов, фазосдвигающее устройство, элемент сравнения, генераторы пилообразного напряжения и прямоугольных импульсов, устройство синхронизации импульсов, блок питания системы управления. Система управления позволяет реализовать предложенные алгоритмы управления мощностью нагревателей печи. Изложена методика расчета и выбора элементов преобразователя.

Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса сушки обмоток якорей тяговых двигателей электровозов на основании полученных теоретических и экспериментальных исследований.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию, а также методам экспериментального исследования энергетических характеристик нагревателен электросушильных печей с полупроводниковыми преобразователями. С помощью компьютерной программы Ма11аЬ разработана математическая модель системы:«электрическая сеть - полупроводниковый преобразователь -электросушильная печь».

Силовая часть полупроводникового преобразователя с электронагревателями, трансформатора потребительской подстанции, а также фидера районных потребителей и линии 0,4кВ представлена имитационными блоками Бта-Ро\уег8уз1етз, а система управления - с помощью структурных блоков 8ти-Нпк, отражающих лишь алгоритм работы, а не ее электрическую схему.

Для экспериментальных исследований характеристик электронагревательных установок с преобразователями в лаборатории разработана методика проведения экспериментов, а также специально разработан и собран лабораторный стенд «Регуляторы мощности» (рис. 2) для обучения специалистов методам энергосбережения. Для сравнения энергетических характеристик известных и разработанных технических решений в качестве нагрузки преобразователей использовался один и тот же электронагревательный прибор, а в качестве измерительных приборов применялись одни и те же контрольно-измерительные приборы, электроннолучевые осциллографы и цифровые регистрирующие устройства на основе компьютера.

Рис. 2. Внешний вид лабораторного стенда для исследования электронагревательных установок с преобразователями

Для оценки погрешности исследований проверено условие однородности ряда дисперсий энергетических характеристик электронагревательной установки с полупроводниковыми преобразователями по критерию Кохрена. Оценка адекватности результатов теоретических исследований энергетических характеристик реальным физическим процессам выполнена с использованием Р-критерия Фишера с 5 %-ным уровнем надежности.

Результаты расчетов показывают, что при одинаковой мощности электронагревателей в режимах управления в математической модели с полупроводниковыми преобразователями напряжения (рис. 3,а, кривая 1) ток больше, чем в модели с полупроводниковыми преобразователями входного электрического сопротивления (кривая 2). В результате снижения действующего тока уменьшаются потери электрической энергии в системе электроснабжения, повышается коэффициент использования трансформаторов и электрических сетей.

а б

Рис. 3. Зависимость потребляемого тока I (а) и коэффициента мощности Км (б) от активной мощности электронагревателей

Снижение коэффициента мощности электронагревательных элементов вызвано фазовым способом управления силовыми полупроводниковыми приборами преобразователя (рис. 3,6) из-за неэффективного использования напряжения питающей сети для получения тепловой энергии.

При управлении температурным режимом в сушильной камере с помощью полупроводникового регулятора мощности (рис. 4) достигается энергосбережение за счет исключения перерыва в работе электропечи, во время которого происходит остывание изоляции обмотки. Потери энергии на нагрев воздуха в камере исключаются для вывода температуры изоляции на оптимальный уровень в процессе сушки. Обеспечение длительной и стабильной температуры сушки изоляции в камере электропечи, необходимой для полимеризации лаковой основы и образования пленки, происходит за счет применения полупроводниковых преобразователей. За счет обеспечения стабильной температуры ускоряются физико-химические процессы полимеризации и повышается электрическая прочность изоляции, которая оценивалась величиной пробивного напряжения. Для определения электрической прочности образцов изоляции использовали аппарат АИИ-70. Пробой образца производится в специальном разряднике - сосуде емкостью 300 - 500 см2, в стенки которого вмонтированы латунные электроды. Для соединения электродов с высоковольтным трансформатором в стенки разрядника вмонтированы герметичные вводы. Пробивное напряжение изоляции по результатам экспериментов повышается не менее чем на 7 %.

Для определения твердости изоляции в диссертационной работе использовался твердомер лакокрасочных покрытий «Константа-ТК», предназначен-

14

а)

Кривая нагрева изоляции I, °С Р / Р Р

Время процесса сушки изоляции т, мин

б)

5

1 Кривая нагрева изоляции °С

Р \ \

Р \

Р

--------30 мин-^

Время процесса сушки изоляции т, мин

Рис. 4. Методы управления энергоподводом в процессе сушки изоляции: регулирования температуры в сушильной камере двухпозиционным регулирующим устройством (а) и полупроводниковым преобразователем (б)

ный для определения твердости покрытий при царапании по ним грифелем карандаша. Этот метод проверки основан на царапании покрытия графитовым стержнем, заточенным под углом 90° к его оси. Карандаш с варьируемой твердостью перемещается по покрытию с фиксированным нажимом 9,81 Н под углом 45° к поверхности изоляции. Твердость карандаша (ЗМ-ЗТ), который повредит поверхность и оставит за собой шлейф, принимают за измеренное значение твердости покрытия.

В результате экспериментальных исследований выявлено, что цементирующая способность изоляционного материала выше у образцов, плавное регулирование температуры сушки которых выполнялось полупроводниковым преобразователем, но необходимо провести дальнейшее исследование для выявления цементирующей способности изоляции в зависимости от вида пропиточной смеси и типа изоляционной ленты.

Пятая глава посвящена оценке технико-экономической эффективности за счет энергосберегающего управления электросушильными печами и повышения качества изоляции ТЭД. Определены затраты на материальные ресурсы и рассчитана смета инвестиций на внедрение преобразователей. В результате расчетов установлено, что сокращение потерь электроэнергии в сети 0,4 кВ на 25% и сокращение количества отказов якорей на 7% от количества внеплановых ремонтов за счет повышения коэффициента мощности электросушильной печи в режимах управления и за счет повышения качества ремонта изоляции.

Чистый дисконтированный доход за расчетный период эксплуатации электроустановок составляет 146937 руб., индекс доходности составляет 36,1 руб. на каждый вложенный рубль затрат.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Из анализа потока отказов тяговых электродвигателей подвижного состава на Восточном полигоне сети железных дорог России следует, что 16-20% повреждений электрических машин происходит из-за пробоя изоляции и межвитковых замыканий обмоток якоря. Пропитка и сушка обмоток занимает до 30 - 50 % от общего времени ремонта электрических машин подвижного состава, а анализом технологического процесса выявлена возможность улучшения физико-механических свойств изоляции тяговых электрических машин и решения задач по энергосбережению за счет управления температурным режимом в камере при сушке изоляционных материалов.

2. Разработанная методика расчета энергетических характеристик процесса сушки изоляции тяговых электрических машин с управлением мощностью электронагревателя полупроводниковым регулятором позволяет производить оценку энергетической эффективности использования действующего напряжения для сушки изоляции.

3. Разработана математическая модель системы управления мощностью установки для сушки изоляции тяговых электрических машин с полупроводниковым преобразователем, позволяющая выполнять оценку температурных режимов и параметров системы управления процессом сушки для повышения электрической прочности изоляции.

4. Предложен способ управления и разработан полупроводниковый преобразователь для формирования температурного режима сушки изоляции тяговых электрических машин, применение которого позволяет снижать потери электрической энергии в питающих сетях на 25 % в режимах управления мощностью электронагревателей печи и уменьшать коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в электрической сети 0,4 кВ до уровня, не превышающего 1%.

5. В результате выполненных исследований усовершенствован технологический процесс сушки изоляции тяговых электрических машин на основе применения полупроводникового регулятора мощности для управления температурным режимом в сушильной камере, что позволяет повысить электрическую прочность изоляции токоведущих частей на 7 % и сократить продолжительность процесса сушки изоляции при ремонте тяговых электродвигателей на 1,8 часа.

6. Разработанные технические решения обеспечивают годовую экономию расходов за счет сокращения количества внеплановых ремонтов тяговых электродвигателей в размере 16 897 руб. При потребляемой мощности сушильной печи в 184 кВт потери энергии в питающих электросетях сокращаются на 3 788 кВт-ч в год. Срок окупаемости инвестиций составляет семь месяцев.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Астраханцев Л. А. Электронные преобразователи / Л. А. Астра-ханцев, Н. Л. Рябченок, В. А. Тихомиров и др.// Железнодорожный транспорт. 2008. № 10. С. 54.

2. Тихомиров В.А. Исследование электронагревательной установки, управляемой полупроводниковыми преобразователями / В. А. Тихомиров, Л. А. Астраханцев и др.//Вестник КрасГАУ. 2010. № 4. С. 115-120.

3. Тихомиров В. А. Повышение эффективности полупроводникового регулятора мощности печи для сушки изоляции электрических машин / В. А. Тихомиров, Л. А. Астраханцев / Вестник ИрГТУ. 2012. № 1. С. 138 -142.

4. Тихомиров В.А. Ресурсосберегающее управление мощностью электросушильных печей в технологических процессах сушки изоляции электрических машин подвижного состава / В. А. Тихомиров // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2012. № 1. С. 318 - 321.

5. Пат. 2377631 Российской Федерации. МПК С05Р 1/66 005Р 1/70 Н02М 7/493 Н02М 7/521. Способ регулирования мощности и устройство трехфазного инвертора / Л. А. Астраханцев, В. А. Тихомиров, Т. Л. Алексеева, К. П. Рябченок; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». № 2008103616/09; заявл. 21.04.2008; опубл. 27.12.2009, Бюл. № 36.

6. Пат. 2427878 Российской Федерации. МПК С05Р 1/66 Н02М 7/155 Н02М 7/162. Способ и устройство регулирования мощности нагрузки / Л. А. Астраханцев, В. А. Тихомиров, Т. Л. Алексеева, Н. Л. Рябченок, Н. Л. Михальчук; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». № 2007148737/07; заявл. 27.03.2008; опубл. 27.08.2011, Бюл. № 24.

7. Астраханцев Л. А. Основы энергосберегающего управления электрифицированными технологическими установками / Л. А. Астраханцев, Н. Л. Рябченок, В. А. Тихомиров и др. // Труды междунар. конф. «Энергосберегающие технологии и окружающая среда» / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2004. С. 122 - 128.

8. Тихомиров В. А. Энергосбережение в системах электрообогрева помещений производственного, административного и бытового назначения / В. А. Тихомиров, Л. А. Астраханцев и др. // Информационные системы контроля и управления в промышленности и на транспорте: Сб. науч. тр. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2005. №12 С. 46 - 49.

9. Тихомиров В. А. Структуры энергосберегающих преобразователей для технологических установок / В. А. Тихомиров, Л. А. Астраханцев и др. // Информационные системы контроля и управления в промышленности и на транспорте: Сб. науч. тр. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2005. №13 С. 41-44.

10. Тихомиров В. А. Решение проблемы ресурсосбережения за счет управления технологическими процессами / В. А. Тихомиров, Н. Л. Рябченок и др. // Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития

17

транспортного комплекса России: материалы междунар. науч.-практ. конф. / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2006. С. 83 - 85.

11. Тихомиров В. А. Пути повышения энергетических показателей электрифицированных технологических установок / В. А. Тихомиров, Н. Л. Рябченок, и др. // Труды всероссийской науч.-практ. конф. / Забайкальский ин-т. железнодорожного транспорта. Чита, 2006. Ч. 1. С. 213 - 217.

12. Тихомиров В. А. Экономия энергоресурсов с помощью управления параметрами технологического процесса / В. А. Тихомиров, Л. А. Астра-ханцев и др. // Проблемы энергосбережения и экология в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сб. ст. VIII междунар. науч.-практ. конф. / Пензенский гос. ун-т архитектуры и строительства. Пенза, 2007. С. 291 293.

13. Тихомиров В. А. Энергетическая оценка ВИП в режиме инвертора на современном подвижном составе / В. А. Тихомиров, Т. Л. Алексеева и др. // Перспективы развития транспорта в XXI веке: материалы I науч. межвуз. ин-тернет-конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2007. С. 88 - 92.

14. Тихомиров В. А. Исследование энергетических характеристик электронагревательной установки, оснащенной тиристорным преобразователем, с помощью Matlab / В. А. Тихомиров // Перспективы развития транспорта в XXI веке: материалы I науч. межвуз. интернет-конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2007. С. 112-116.

15. Тихомиров В. А. Электронные преобразователи для энергосберегающих технологий / В. А. Тихомиров, Н. Л. Рябченок и др. // Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование: Сб. науч. тр. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2009. С. 30 - 33.

16. Тихомиров В. А. Управление температурным режимом тягового электрооборудования с помощью микропроцессорной системы управления асинхронными вспомогательными машинами / В. А. Тихомиров, Н. П. Ас-ташков, В. А. Шестаков // Проблемы трансферта современных технологий в экономику Забайкалья и железнодорожный трансферт: Материалы междунар. науч.-практ. конф. - Т.2. / Забайкальский ин-т. железнодорожного транспорта. Чита, 2011. С. 132- 140.

17. Тихомиров В. А. Повышение качества ремонта подвижного состава на основе преобразовательной техники нового поколения / В. А. Тихомиров // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 29 - 33.

Типография ОмГУПСа, 2012. Тираж 100 экз. Заказ 758. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИрГУПС

На правах рукописи

04201350609

ТИХОМИРОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность 05.22.07. - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Астраханцев Леонид Алексеевич

ИРКУТСК 2012

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ.......................................................................... 2

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 4

1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ, МЕТОДОВ, СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПРОПИТКИ И СУШКИ ТЭМ ЭЛЕКТРОВОЗОВ....................................... 10

1.1 Анализ причин отказов тяговых электрических машин электровозов Восточного региона РФ................................................................. 10

1.2 Материалы, применяемые при пропитке обмоток ТЭМ..................... 17

1.3 Технология пропитки и сушки обмоток якорей тяговых двигателей .... 19

1.4 Оборудование для сушки изоляции обмоток ТЭМ........................ 25

1.5 Методы управления процессом удаления влаги из изоляции обмоток электрических машин тягового подвижного состава............................ 34

1.6 Известные устройства управления электросушильными печами......... 38

1.7 Цель и задачи исследования...................................................... 44

2 АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В ЭЛЕКТРОСУШИЛЬНЫХ ПЕЧАХ, ОСНАЩЕННЫХ ПОЛУПРОВ О ДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ............................................................................... 45

2.1 Исследование температурных режимов при конвективном способе сушки изоляции тяговых электрических машин в печи......................... 45

2.2 Направления научных исследований энергетических процессов в электрических установках с полупроводниковыми преобразователями .... 52

2.3 Известные методы анализа энергетических процессов в нелинейных электрических цепях.................................................................... 54

2.4 Разработка математической модели энергетических процессов в электросушильных печах с полупроводниковыми преобразователями.......... 60

2.5 Методика расчета мощности электросушильных печей с учетом разработанных энергетических характеристик........................................ 75

3 РАЗРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН.............................. 88

3.1 Силовая схема энергосберегающего полупроводникового преобразователя для формирования температурного режима сушки изоляции тяговых электрических машин............................................................. 89

3.2 Система управления тиристорным преобразователем электропечи для сушки изоляции тяговых электрических машин.................................. 96

3.3 Методика расчета и выбора элементов схемы управления силовыми полупроводниковыми приборами................................................... 100

3.4 Рекомендации по совершенствованию технологического процесса сушки обмоток якорей тяговых двигателей электровозов..................... 114

4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ ПРИ СУШКЕ ИЗОЛЯЦИИ........ 120

4.1 Математическое моделирование электросушильной печи, управляемой полупроводниковыми преобразователями, в программе Matlab......... 120

4.2 Методика экспериментальных исследований сушки изоляции электронагревательными установками с полупроводниковыми преобразователями ...................................................................................... 123

4.3 Оценка погрешности и проверка адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований.......................................... 133

4.4 Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований............................................................................. 139

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 145

5.1 Определение сметной стоимости оборудования............................. 145

5.2 Определение затрат на эксплуатацию оборудования....................... 148

5.3 Экономическая эффективность применения усовершенствованной системы управления температурным режимом в камере сушки изоляции

тяговых электрических машин..............................................................................................................150

ВЫВОДЫ..................................................................................................................................................................155

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..............................................................................................157

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................................................................170

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Процессы развития научно-технического прогресса являются решающим фактором повышения эффективности железнодорожного транспорта и, в частности, электроподвижного состава в современных условиях, что имеет ряд особенностей, связанных с новыми экономическими отношениями в стране, с изменяющимися объемами перевозок, особенно грузовых. Резко обострилась проблема снижения эксплуатационных расходов, в том числе уменьшения затрат на неплановые ремонты тягового подвижного состава, экономии электроэнергии. На первый план выдвигаются задачи по внедрению ресурсосберегающих технологий и новых технических средств, что получило отражение в реализации «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17.06.2008 №877-р.

Анализ надежности тяговых электрических машин Восточного региона показывает, что на долю тяговых электрических машин (ТЭМ) приходится более одной пятой отказов. Наблюдается рост повреждений ТЭМ по мере увеличения срока эксплуатации. Средняя стоимость устранения отказа ТЭМ в несколько раз превышает стоимость устранения повреждений других видов оборудования электровоза.

Значительный вклад в решение вопросов надежности наиболее «слабых» узлов тяговых электрических машин - изоляционных конструкций и коллектор-но-щеточного узла тяговых двигателей внесли А.Е. Алексеев, A.A. Бакланов, В.Г. Галкин, М.Д. Глущенко, А.Т. Головатый, A.B. Грищенко, P.M. Девликамов, Г.Б. Дурандин, М.Г. Дурандин, Ш.К. Исмаилов, М.Ф. Карасев, В.И. Карташев,

A.C. Космодамианский, В.А. Кручек, A.C. Курбасов, А.Б. Лебедев, Е.Ю. Логинова, A.C. Мазнев, Р.Я. Медлин, А.Т. Осяев, А.Д. Петрушин,

B.М. Попов, Н.П. Семенов, A.C. Серебряков, В.П. Смирнов, Л.Н. Сорин, Н.О. Фролов, В.В. Харламов, О.И. Хомутов, В.А. Шевалин и многие другие.

ï-

/

И, тем не менее, некоторые вопросы в области повышения ресурса тяговых двигателей электровозов требуют дальнейшего исследования. Задача повышения ресурса изоляции тяговых электрических машин остаётся актуальной по настоящее время и представляет научный и практический интерес. С целью повышения ресурса тяговых двигателей электровозов предложено обеспечить применение современных электроизоляционных материалов с обеспечением оптимальной температуры при их сушки в камере электропечи, совершенствование процесса сушки изоляции обмоток, с помощью энергосберегающих полупроводниковых преобразователей.

Научным исследованиям и разработке энергосберегающих технологий уделялось значительное внимание различными научными коллективами. Большой вклад в теорию энергетических процессов электрифицированных установок внесли ученые В.Д. Авилов, В.Т. Благих, А.Т. Бурков, C.B. Власьевский, Г.С. Зиновьев, Э.А. Дизендорф, Г.Г. Жемеров, A.C. Курбасов, В.А. Кучумов, O.A. Некрасов, В.Н. Лисунов, С.П. Лохов, O.A. Маевский, Г.П. Маслов, Л.А. Мугинштейн, A.B. Плакс, А.Н. Савоськин, O.A. Сидоров, Г.А. Супронович, Б.Н. Тихменев, В.П. Феоктистов, В.Т. Черемисин и другие исследователи.

К настоящему времени разработаны электронные преобразователи для регулирования мощности электросушильных печей, которые имеют высокие функциональные свойства и надежность. Общим недостатком электропечей сопротивления с полупроводниковыми преобразователями, которые изготавливаются в России и за рубежом, являются: низкие энергетические показатели в режимах управления; неудовлетворительные показатели работы потребителей электроэнергии из-за ухудшения формы напряжения, тока в электрической сети; ограниченная единичная установленная мощность известных электросушильных печей с преобразователями.

На современном этапе развитии науки и техники снижение энергоемкости технологического процесса сушки и пропитки изоляции возможно за счет управления мощностью сушильных печей, за счет управления технологически-

ми параметрами и преобразования параметров электрической энергии с помощью полупроводниковых преобразователей. С применением полупроводниковых преобразователей снижается расход энергии электросушильными печами до 20...40% от их общего энергопотребления, обеспечивая высокое качество технологического процесса.

Так коэффициент мощности электросушильных печей с известными преобразователями снижается при управлении активной мощностью нагрузки. Коэффициент искажения синусоидальной кривой напряжения и размах изменения напряжения в сети превышают предельно допустимые значения.

Одним из путей решения этих проблем является разработка полупроводниковых преобразователей входного электрического сопротивления, повышающих коэффициент мощности электросушильных печей в режимах управления температурой в технологических процессах ремонта, и обеспечивающих их электромагнитную совместимость с системой электроснабжения.

Цель диссертационном работы - совершенствование технологического процесса сушки изоляции тяговых электрических машин на основе применения полупроводникового регулятора мощности для управления температурным режимом в камере сушильной печи.

Для достижения поставленной цели решить следующие задачи: разработать методику расчета энергетических характеристик процесса сушки изоляции тяговых электрических машин с управлением мощностью электронагревателя полупроводниковым регулятором;

разработать математическую модель системы управления мощностью установки для сушки изоляции тяговых электрических машин с полупроводниковым преобразователем;

предложить способ энергосберегающего управления и разработать полупроводниковый преобразователь для формирования температурного режима сушки изоляции тяговых электрических машин;

усовершенствовать технологию ремонта якорей тяговых электродвигателей локомотивов для сокращения времени сушки и повышения электрической прочности изоляции токоведущих частей;

определить технико-экономическую эффективность применения усовершенствованной системы управления температурным режимом в камере сушки изоляции тяговых электрических машин.

Методы исследования. Для исследования применялся метод спектрального анализа и фундаментальная теория электрических цепей с использованием закона сохранения энергии в электромагнитном поле. Для расчета и анализа математического моделирования применялись лицензионные программные продукты: Microsoft Excel 2003, Matlab 6.5 и встроенная в него среда Simulink 6. Результаты теоретических исследований и аналитических расчетов проверялись на физических моделях.

Обоснованность и достоверность научных положений и результатов подтверждается корректным применением положений фундаментальной теории электрических цепей и преобразовательной техники, сходимостью результатов математического моделирования и экспериментальных исследований. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает пяти процентов.

Научная новизна работы заключается в следующем: предложены аналитические выражения для расчета электрических величин и оценки энергетической эффективности использования действующего напряжения для сушки изоляции тяговых электрических машин в электросушильных печах с полупроводниковым регулятором мощности;

разработана математическая модель энергетических процессов в электрических установках для сушки изоляции тяговых электрических машин с полупроводниковым преобразователем, позволяющая выполнять оценку температурных режимов и параметров системы управления процессом сушки для повышения электрической прочности изоляции;

обоснована целесообразность применения полупроводникового регулятора мощности для энергосберегающего управления температурным режимом в камере сушки изоляции тяговых электрических машин.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем: разработанная методика расчета и выбора элементов полупроводникового регулятора мощности позволяет проектировать и изготавливать преобразователи с заданными параметрами управления для обеспечения температурного режима и повышения эффективности сушки изоляции тяговых электрических машин;

предложенный способ управления полупроводниковым преобразователем дает возможность применять современные электропечи сопротивления для сушки изоляции тяговых электрических машин;

разработанный полупроводниковый преобразователь для управления температурным режимом сушки изоляции тяговых электрических машин обеспечивает экономию энергии и электромагнитную совместимость электросушильной печи с системой электроснабжения;

усовершенствованный технологический процесс сушки якорей тяговых электродвигателей с плавным управлением температурным режимом в сушильной камере позволяет повысить электрическую прочность изоляции токоведу-щих частей электродвигателей и сократить время на их ремонт.

Реализация результатов работы. Основные научные положения, результаты исследований внедрены на предприятиях Восточно-Сибирской железной дороги филиала ОАО «Российские железные дороги». Разработан и изготовлен лабораторный стенд «Регуляторы мощности», методика математического моделирования энергетических процессов в электронагревательной установке с преобразователем внедрены в учебный процесс Иркутского государственного университета путей сообщения при подготовке инженеров по специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог» и повышении квалификации специалистов при изучении методов энергосбережения.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международной конференции «Энергосберегающие технологии и окружающая среда» (Иркутск, 2004); ежегодных научно-технических конференциях ИрГУПСа (Иркутск, 2005 - 2011); международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006); на семинаре «Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование» - Международный выставочный комплекс «СибЭкспоЦентр» (Иркутск, 2008), II научно-практической конференции «Безопасность регионов - основа устойчивого развития» (Иркутск, 2009); международной научно-практической конференции «Проблемы трансферта современных технологий в экономику Забайкалья и железнодорожный трансферт» (Чита, 2011); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2011).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе 4 статьи, определенных ВАК Минобрнауки России и получены патенты РФ №2377631 и №2427878 на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, приложения, библиографического списка из 145 наименований и содержит 169 страниц основного текста, 21 таблицу и 57 рисунков.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, РАЗРАБОТАННЫХ ДЛЯ ПРОПИТКИ И СУШКИ ТЭМ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

1.1. Анализ причин отказов тяговых электрических машин электровозов Восточного региона РФ

К наиболее нагруженным элементам электровозов относятся тяговые электрические машины, и значительная часть отказов приходится на это оборудование. Условия эксплуатации и качество ремонта подвижного состава железных дорог в основном является причиной отказов тяговых электрических машин (ТЭМ) [1,2, 3,4, 5].

Широкое применение на электровозах, изготавливаемых в России, получили тяговые электродвигатели НБ-412, НБ-418, НБ-514, НБ-520.

Исследованию надёжности тяговых электрических машин эксплуатируемых в РФ в том числе и на Восточно-Сибирской железной дороге посвящены работы [3, 6, 7], в которых перечислены отказы, повреждения и количество выполненных ремонтов (табл. 1.1, рис. 1.1). Отказы, повреждения элементов и количество выполненных ремонтов ТЭМ в значительной мере определяются грузонапряженност�