автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Разработка методов выбора параметров асинхронного тягового двигателя с учетом теплового состояния обмоток

08-3 4079

На правах рукописи

ТИХОНОВ Филипп Владимирович

~ь

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ

АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОБМОТОК

05.14.01 Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ)

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Логинова Е.Ю.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук профессор Космодамианский А.С.

кандидат технических наук доцент Пенкин В.Т.

Ведущее предприятие: Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта»

Защита диссертации состоится 3 декабря 2008г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д218.005.08 в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г.Москва, ул.Образцова, 15, ауд. 2516.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан_2008 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д218.005.08, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. На скоростном пассажирском подвижном составе зарубежных стран получил распространение асинхронный тяговый привод, основным преимуществом которого являются низкие весогабаритные показатели, невысокие затраты на обслуживание в эксплуатации, а также механическая устойчивость при плохих условиях сцепления колеса с рельсом. В Программе обновления эксплуатационного парка подвижного состава в 2008-2012 годах, принятой на заседании Научно-технического совета ОАО «РЖД», указано на необходимость создания грузового подвижного состава с электрической передачей переменного тока для российских железных дорог.

Опыт эксплуатации тяговых электродвигателей постоянного тока грузовых локомотивов показывает, что из-за больших нагрузок их обмотки часто перегреваются, увеличивая скорость старения изоляции. В результате наступает ее тепловой пробой и необходимость внеплановых ремонтов двигателей.

В настоящее время отсутствуют исследования, посвященные анализу теплового состояния обмоток тяговых асинхронных двигателей (АТД) в эксплуатации, поскольку низкие нагрузки и высокая интенсивность охлаждения электродвигателей пассажирских локомотивов делают маловероятным их отказ по причине теплового пробоя изоляции. Асинхронный тяговый привод грузовых локомотивов работает на более тяжелых режимах при меньшей интенсивности охлаждения, чем электродвигатели пассажирских локомотивов, поэтому можно ожидать перегрева его обмоток, как и у электродвигателей постоянного тока. В связи с этим, актуальной является задача изучения тепловых режимов АТД в эксплуатации для поиска путей снижения интенсивности старения изоляции их обмоток.

Целью работы является разработка методов прогнозирования температурных нагрузок АТД в эксплуатации и выбора рациональных конструктивных параметров их обмоток, обеспечивающих снижение интенсивности старения изоляции по тепловому фактору.

В ней решены следующие задачи:

- разработана математическая модель асинхронного электродвигателя как нестационарного теплового и аэродинамического объекта;

- проведены многофакторные исследования по определению влияния режимов работы АТД на распределение температур в его узлах:

- проведены исследования по влиянию профиля стержня ротора АТД на распределение температур в его обмотках;

- разработана динамическая модель движения локомотива с электрической передачей переменного тока для исследования температурных режимов и процессов старения изоляции обмоток АТД с учетом конкретных условий эксплуатации;

- выполнен прогноз по старению изоляции обмоток АТД локомотивов в эксплуатации при различных профилях стержней ротора;

- даны рекомендации по выбору профиля стержней ротора АТД локомотива, обеспечивающего в эксплуатации максимальный ресурс изоляции обмотки статора по тепловому фактору.

Методика исследований: Научные выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы применением современных методов экспериментального исследования и математического моделирования с помощью средств вычислительной техники. Достоверность результатов расчетов подтверждена их сходимостью с результатами экспериментальных исследований АТД, выполненных в лаборатории кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Московского государственного университета путей сообщения (г.Москва), п/я Г-4847, заводом "Электротяжмаш-Привод" (г.Лысьва), во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ, г.Москва).

Научная новизна работы определяется следующими результатами:

- разработана математическая модель АТД как нестационарного теплового объекта, позволяющая определить распределение температур по его активным узлам при работе в условиях эксплуатации;

- разработана методика прогнозирования скорости старения изоляции обмотки статора АТД по тепловому фактору при его работе в энергетической цепи локомотива с учетом переменных нагрузок.

Практическая значимость

- определено влияние формы стержней ротора АТД на распределение температур в его обмотках;

- выполнена прогнозирующая оценка влияния параметров обмотки ротора на ресурс изоляции АТД в эксплуатации по тепловому фактору. Внедрение результатов работы.

Результаты работы внедрены на заводе «Электротяжмаш-Привод» ХК «Нефтегазовые системы» и используются при разработке тяговых электродвигателей тепловозов.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Московского государственного университета путей сообщения «Безопасность движения поездов» (Москва 2004г., 2007г.), «Неделя науки» (Москва 2004г.), «Тгаиз-МесИ-АП-СЬет» (Москва 2008г.).

Публикации. Основные положения работы изложены в пяти печатных периодических изданиях, две из которых - в изданиях, рекомендуемых ВАК для специальности 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы», и шести тезисах научно-практических конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка литературы, включающего 96 наименований. Работа изложена 136 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации и сформулированы задачи исследования.

В первой главе выполнен обзор применяемых на локомотивах АТД и проанализированы их технические характеристики в сравнении с характеристиками коллекторных электродвигателей.

Для решения поставленной задачи рассмотрены методы исследования распределения температур в сложных неоднородных объектах.

В настоящее время экспериментальное исследование распределения температур в узлах тяговых электродвигателей выполняется методом использования термопар, когда непосредственно измеряются фактические температуры исследуемых узлов, и электрическим методом, изложенным в ГОСТ7217-87 (2003), который позволяет определять средние температуры обмоток электрической машины. В некоторых случаях для выявления наиболее теплонапря-женных узлов сложных объектов используются термочувствительные красите-

ли, которые позволяют лишь качественно определить распределение тепла в объекте, и не пригодны для изучения температурных нагрузок тяговых электрических машин в эксплуатации.

Фундаментальные исследования тепловых процессов в электрических машинах были выполнены А.Б. Иоффе, А.Е. Алексеевым, И.М. Постниковым, М.П. Костенко, Г. Готтером, И.Ф. Филипповым, O.A. Некрасовым, В.А. Винокуровым, А.И. Борисенко, В.Г. Данько, А.И. Яковлевым и др.

Исследование распределения температур в якоре тягового электродвигателя были выполнены A.A. Поповым (ВНИИЖТ). Он показал, что разница температур по длине обмотки якоря на номинальном режиме достигает 60°С, поэтому электрический метод измерения температур обмоток не позволяет определить фактические температуры ее узлов и прогнозировать процесс старения изоляции обмоток. Метод измерения температур с помощью термопар достаточно точен, однако очень трудоемок и непригоден для проведения исследований в эксплуатации.

Наиболее достоверным методом расчета распределения температур в неоднородных тепловых объектах является метод эквивалентных тепловых схем (ЭТС), который позволяет рассчитывать как стационарные, так и переходные тепловые режимы. Обширные работы по применению метода ЭТС для исследования тепловых режимов тяговых электрических машин были проведены специалистами НИИ завода «Электротяжмаш» (г.Харьков) и ВэлНИИ (г.Новочеркаск). Ими обобщены результаты испытаний электрических машин для аналитического описания процессов теплоотдачи от основных поверхностей теплообмена к теплоносителю и окружающей среде с помощью критериальных уравнений вынужденной и свободной конвекции, а также процессов теплопроводности в телах с различной степенью обработки поверхностей. В последствии эти методы были использованы для расчета стационарного распределения температур по длине обмотки электрической машины.

Меньшее распространение получил метод планирования эксперимента для расчета температур обмоток электрических машин, заключающийся в построении корреляционной зависимости между значением температуры обмотки и основными воздействиями на машину. Основными недостатками данного метода является необходимость проведения длительных и дорого-

стоящих испытаний, а также практическая невозможность учесть влияние всех эксплуатационных нагрузок, изменяющихся в широких диапазонах, на нестационарное распределение температур в электрической машине.

На современном этапе развития информационных технологий наиболее приемлемым методом расчетного исследования сложных объектов является численный эксперимент, который позволяет учесть влияние всех воздействий на объект при наличии его достоверной модели.

Вторая глава посвящена разработке математической модели асинхронного электродвигателя как нестационарного теплового объекта по методу ЭТС.

Для численного решения задачи неоднородной теплопроводности в электрической машине с переменными параметрами теплопередачи от различных поверхностей используется метод конечных разностей, который при переходе от шага сетки к линейным размерам элементарных узлов машины преобразуется в метод ЭТС. При использовании метода ЭТС для расчета нестационарных температурных полей в электрической машине тепловая система с распределенными параметрами заменяется эквивалентной системой однородных узлов, между которыми устанавливаются кондуктивные связи, определяемые соответствующими процессами теплообмена.

В разработанной модели, в соответствии с решаемой задачей, двигатель представлен в виде нелинейного замкнутого теплового объекта, в котором тепловые потоки через пассивные (теплопроводящие) элементы перераспределяются между активными (тепловыделяющими) узлами машины, потери в которых зависят от их температур. Теплоноситель является общим для всей машины и имеет переменные значения температур в различных сечениях каналов, т.к. нагревается по ходу потока. Условия охлаждения на поверхностях элементарных „узлов задаются критериальными уравнениями вынужденной конвекции, свободной конвекции и теплового излучения, полученными специалистами ВэлНИИ и НИИ завода «Электротяжмаш».

Разработанная тепловая модель АТД содержит 21 тепловой узел и 17 участков воздушного потока и представлена системой из 28 нелинейных дифференциальных уравнений. Пазовые части верхней и нижней полусекций обмотки статора и стержни обмотки ротора представлены по длине тремя элементарными узлами, лобовые части и короткозамыкающие кольца выделены в

отдельные узлы. Сердечники статора и ротора разбиты по длине соответственно на три элементарных узла (рис. 1).

Лобовая часть

Пазовая часть обмотки статора

Лобовая часть

1 5

3

7

£

Короткозамыкающее кольцо п—г.

Короткозамыкающее к—р-1 кольцо

9

10

11

Рис. 1. Разделение обмоток статора (а) и оотоиа (о)

Общий вид уравнения модели, описывающего тепловое состояние А-ого узла машины и имеющего конвективные связи и связи путем теплопроводности со смежными /-узлами, принимает вид:

где «н(71,7;)=лД7;,Г;)/С((г{), (П^Ь^КД-/;.) - параметры адиа-

батического нагрева А-ого узла, имеющего температуру Тк, за счет теплопередачи к теплоносителю или теплообмена со смежными узлами машины, имеющими температуру 7); 7)) - коэффициенты матрицы теплопередач

от к-ого узла к теплоносителю и тепловых излучений; Ск(Тк) - приведенная теплоемкость ¿-ого узла.

Для аналитического описания процессов теплопередачи от узлов машины к теплоносителю разработана математическая модель АТД как аэродинамического объекта, позволяющая рассчитать распределение потоков воздуха между каналами и его скорости на поверхностях охлаждения машины.

Задача решается в нелинейной постановке, т.е. все элементарные аэродинамические сопротивления системы определяются через расходную скорость воздуха на этих участках с учетом эффекта вращения вентиляционных каналов ротора. Процесс циркуляции охлаждающего воздуха рассматривается как нагнетательная система, состоящая из питающего канала (камеры со стороны входа охлаждающего воздуха) и ряда однотипных ответе-

ат /.I

(1)

лений (вентиляционных каналов), расположенных на разных расстояниях от входа в питающий канал (рис.2).

Аэродинамическая модель двигателя представлена системой аэродинамических тройников, расположенных по ходу потоков воздуха в питающих каналах. Свойства модели описаны системой рекуррентных уравнений изменения статического давления в аксиальных каналах относительно точек разделения потоков и уравнением встречи потоков в питающем канале.

г

\г Я 2 =2 Ш-иУ + г -д 2

| п 1 *т рп I | ' встр ^встр

\г -а г = г .-(О.-га,)2 + г -а 2

п! 'п 1 рп J '-'2 ~ 1 ] ' встр 1 встр ^ п

1=1

/=1 ;=1

где и - полный объемный расход воздуха через двигатель и объемные расходы воздуха в первой и второй ветвях питающего канала; ц, и расходы воздуха в ответвлениях первой и второй ветвях канала распределения; 2„ 2, и 2рп- гидравлические сопротивления /-го и 7-го канала системы и участка питающего канала между /-тым и ¡'+1 каналами; п - число аэродинамических тройников по ходу правого и левого питающего каналов.

Гидравлические сопротивления в модели определены как функции от скорости и, следовательно, от расхода воздуха через соответствующее сечение:

V -Р ■--Л- Х-'

"/ '' о

' ' 2

где и СУ,- коэффициент сопротивления и скорость воздуха в /-том канале; р(Т\) - плотность воздуха в зависимости от температуры теплоносителя.

-1-

г, ¡(0,)

*! ,(0,)

<2о

о.\

«4

г?,(СЪ)

- 41 ;

а:: I

г, 2 ,(00

-*/: /(О,)

д, ,1

,(Ог>

Ри;

:цб(0г>

ГС

два

Рис. 2. К аэродинамическому расчету асинхронного электродвигателя

При расчетах число тройников для каждого двигателя принималось индивидуально, в зависимости от числа аксиальных вентиляционных каналов в роторе и статоре. Коэффициенты гидравлического сопротивления для каналов статора, ротора и воздушного зазора представлены суммой коэффициентов сопротивления от прохождения потоком тройника, от изменения направления движения потока, от трения в канале и выхода потока из канала. Для участков питающего канала данный коэффициент включает в себя коэффициенты сопротивления от прохождения тройника, от трения и встречи потоков, а)

Т. ° С -12

40 38 36

34

зг

/ /

/ ■ /

/

-Экспериментальные значения

Расчетные значения

40

со

б)

80 Рз, Вт

Т, °С 39

36 34 32 ЭС 2Е 26 24 22 20

• Расчетные значения при мощности 60 кВт

------- Экспериментальные значения

при мощности 60 кВт

..... Расчетные значения при мощности 50 кВт

— - Экспериментальные значения при мощности 50 кВт

150

т, мин

Рис. 3. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений температур обмотки статора электродвигателя ДАТ-305 на стационарном (а) и переходном (б) режимах

В результате расчета получены зависимости расхода охлаждающего воздуха по каналам статора и ротора в зависимости от полного расхода воздуха через машину, а так же значения коэффициентов теплоотдачи от поверхностей электродвигателя.

Адекватность разработанной модели асинхронного двигателя как нестационарного теплового объекта проверялась путем сопоставления расчетных и экспериментальных значений температур обмоток статоров двигателей электровоза НБ-602 (номинальная мощность 1200 кВт) и тепловоза ДА'Г-305 (номинальная мощность 305 кВт), полученных при нагревных и паспортных испытаниях, выполненных на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Московского государственного университета путей сообщения, на заводе "Привод", на предприятии п/я Г-4847 и во ВНИИЖТ.

Результаты показали, что ошибка расчета средних температур обмоток двигателя не превышает 3% как на стационарном, так и на переходном тепловом режиме работы. На основании этого можно заключить, что разработанная математическая модель может быть использована для расчета температур обмоток электродвигателя во всем диапазоне изменений нагрузок.

В третьей главе проведен анализ влияния конструктивных параметров обмотки ротора на распределение температур в обмотках двигателя. К рассмотрению приняты следующие профили стержней ротора: - трапецеидальный (рис.4,а); - колбовидный (рис.4,б); - бутылочный (рис.4,в); - прямоугольный (рис.4,г).

Моделирование процессов распределения температур в обмотках при различных формах стержней ротора выполнялось применительно к асинхронному тяговому электродвигателю НБ-602 номинальной мощностью 1200 кВт. Ротор двигателя НБ-602 имеет стержни трапецеидальной формы с дополнительным аксиальным воздушным каналом. Условиями моделирования являлись эквивалентность сопротивлений обмотки ротора при различных профилях стержней и номинальных значений тяговых моментов, реализуемых двигателем. При моделировании учитывалось, что трапецеидальные, прямоугольные и колбовидные стержни выполняются из медного проката, а бутылочные отливаются из алюминия. Поэтому площади сечения медных и алюминиевых стержней отличаются ввиду различных значений удельных сопротивлений материалов.

Сравнительный анализ геометрических параметров стержней показал, что стержень трапецеидального профиля имеет наибольшую поверхность теплоотдачи к охлаждающему воздуху и превышает поверхности теплоотдачи стержней колбовидной, бутылочной и прямоугольной формы в 2,7; 5,5 и 3,6 раз соответственно. Величина поверхностей теплопроводности к сердечнику ротора от стержня трапецеидального и колбовидного профиля одинакова, у стержней бутылочной и прямоугольной форм больше последних в 1,3 раза и в 1,18 раз соответственно (рис.5).

Расчетные исследования подтвердили, что обмотки статора и ротора двигателя нагреваются очень неравномерно, причем степень неравномерности определяется режимом работы машины. В зависимости от формы профиля стержня ротора температура лимитирующего по нагреву узла обмотки статора на номинальном режиме работы двигателя и н.у. изменяется в пределах 24°С. Наиболее эффективное охлаждение обмоток двигателя наблюдается при стержне трапецеидальной формы, а наименее эффективное - при стержне прямоугольной формы. Анализ значений отводимых от узлов тепловых потоков показал, что у обмотки статора наилучшая теплопередача имеет место в лобовых частях применительно к любой форме стержня. От пазовой части обмотки статора основной тепловой поток отводится в вентиляционные каналы через сталь; причем тепловое сопротивление электротехнической стали снижает коэффициент теплопередачи более чем в три раза. Сопоставляя предельные значения тепловых потоков от обмотки статора, можно заключить, что в лобовой части со стороны вентиляционного люка он в 10 раз интенсивнее, чем через клин (рис.6).

а

б

в

г

Рис. 4 Формы стержней ротора

Трапецеидальный Колбовндный Бугылочный Прямоугольный

Рис. 5. Площади поверхностей теплоотдачи к охлаждающему воздуху (И)и теплопроводности к стали сердечника (■ ) от стержней ротора НБ-602

Р. Вт 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

;

Лобовая часть Активная Часть обмотки статора 1 Лобови / ! и \ т \ чвеп

-Колбовндный

стержень - - - Трапецеидальный стержень

--Бутылочный

стержень " " Прямоугольный стержень

Рис. 6 Распределение тепловых потоков от обмотки статора НБ-602 к охлаждающему воздуху при параметрах режима работы 1/ф=620В, /}=94Гц, /^=850А, 7))=-6,5°С

В четвертой главе проанализировано влияние профиля стержня ротора на изменение температур обмоток АТД при его работе в эксплуатации.

Для определения теплового состояния обмоток АТД при его работе в энергетической цепи локомотива разработана динамическая модель решения тяговой задачи, базирующаяся на дифференциальном уравнении движения поезда и предусматривающая алгоритм управления асинхронным тяговым двигателем по минимумам 11-образных характеристик. Блок расчета режимов работы асинхронного двигателя дополнен его тепловой моделью. Алгоритм работы электродвигателя в передаче разработан с учетом ограничений, накладываемых на управление энергетическими системами тепловоза и допустимыми нагрузками самого двигателя.

С использованием разработанной динамической модели движения поезда выполнено моделирование процессов движения тепловоза и электровоза по участку с профилем III типа классификации ВНИИЖТ и расчетом нестационарных процессов распределения температур в обмотках электродвигателя. При решении тяговой задачи весовая норма состава определялась из условия движения поезда по расчетному подъему со скоростью не ниже расчетной; в случае достижения скоростью поезда 80км/ч локомотив переходит на режим выбега. В зависимости от типа локомотива задавался режим охлаждения тягового электродвигателя на холостом ходу: номинальный - для электровоза, и 33% от номинального значения, - для тепловоза. Расчеты выполнялись при н.у. окружающей среды.

Для анализа аварийных тепловых режимов в обмотках двигателя было выполнено моделирование процессов движения электровоза и тепловоза с весами составов на 30% превышающими расчетные.

Полученные результаты показали, что наибольшему нагреву статорная обмотка НБ-602 подвергается при использовании в конструкции ротора стержней прямоугольного профиля; ее максимальная температура при следовании с составом расчетного веса по расчетному подъему составляет 110°С. При этом максимальная температура лимитирующего по нагреву узла этой обмотки (пазовая часть, примыкающая к лобовой со стороны выхода воздуха) составляет 12 ГС (рис.7). При применении в обмотке ротора стержней трапецеидальной формы статорная обмотка подвержена наименьшему нагреву; максимальные значения средней температуры и температуры лимитирующего по нагреву

узла составляют соответственно 104°С и 115°С (рис.8). Значения аналог ичных температур обмотки ротора при применении прямоугольного стержня составляют соответственно 72°С и 79°С, а при применении трапецеидального - 68°С и 75°С. Как видно из рис.7 и 8, разница между средней'температурой обмотки и температурой лимитирующего по нагреву узла может достигать 15°С. При увеличенной нагрузке на двигатель указанные температуры повышаются в среднем на 10°С. При этом соотношение между средней температурой обмотки статора и температурой лимитирующего по нагреву узла остается практически неизменным.

Двигатель тепловоза работает в более напряженных условиях: при расчетном весе состава средняя температура обмотки статора ДАТ-305 (его стержни имеют бутылочную форму) не превышает допустимой - 140°С, тогда как температура наиболее нагретого узла обмотки составила 154°С.

Аналогичные расчеты были выполнены для тягового асинхронного двигателя ДАТ-470 мощностью 470 кВт со стержнями прямоугольной формы, работающего в энергетической цепи тепловоза. Исследование показало, что при движении локомотива по расчетному подъем)' с составом расчетного веса и нормальных условиях температура лимитирующего по нагреву узла обмотки статора достигает 158°С при максимальном значении средней температуры обмотки 145°С (рис.9).

В пятой главе проведено обоснование эффективности выбора конструктивных параметров тягового асинхронного двигателя с учетом теплового состояния обмоток. В качестве критерия оценки эффективности выбора профиля стержня принят показатель износа изоляции обмотки статора по тепловому фактору, представляющий собой величину, обратную ее ресурсу:

# = (5)

L

In Z. — ——^--G, (6)

R&

где L - ресурс изоляции; Еа - энергия активации молекулы изоляционного материала; R- универсальная газовая постоянная; 0- абсолютная температура участка обмотки; G - постоянная, характеризующая молекулярную структуру материала.

К,км/ч 1001

14«

7';„,°С Тпг°с 120 Г2„,°С Т1сГ,"С -ТОО

10 20 30 « 50 60 70

77„ / и„

1 )ср у

■у/?

^—5

ч —•

\ . г2„ "Ч— Ис

\

7,„Ч Л, ч

5,км

Рис. 7. Средние температуры обмоток стаора и ротора (Тср,, Тср2), температуры их лимитирующих по нагреву узлов Тм2) и износы изоляции обмотки статора (И,и Ис), рассчитанные по средней и максимальной температурам НБ-602 со стержнем прямоугольного профиля при работе двигателя в эксплуатации

V, км/ч

т 1о°0

---- в 1 1ШК1 1 Гт Ш Е н *

в м \тк 1 1 г III Гт п з

1 ни | 1ЯП1 1 1 »1 Й:! : 11 :_! 1

120 130 140 150 £ км

Рис. 8. Средние температуры обмоток стаора и ротора (Тср,, Тср2), температуры их лимитирующих по нагреву узлов (Тм1, Тм2) и износы изоляции обмотки статора (Им, Ис), рассчитанные по средней и максимальной температурам НБ-602 со стержнем трапецеидального профиля при работе двигателя в эксплуатации

У,км/ч

Т/„"С 7"/уь° С

100 ■ к> 60 40 20 0

200

к /

1 А/ \ 7 N— V

- 1/1 н /

ПДд -Л —/V г* I !!1 ¡-V -

1 1

Гги°С Ш>

120 100 (О <0 40 20 О

I

400 300 200 100 о

¡.А

го

30

40

130

140 150 5.КМ

Т/ср Я*

/

»—«ч г?5—

//— V" V. ¡2« М:

V '.'со к

/ ^

--

1КИи, ч

Ж Ис,ч

и

70 <0

зо

40

30 20 10 о

140 1»

5,км

Рис. 9. Средние температуры обмоток стаора и ротора (Т<у)/, Тср2), температуры их лимитирующих по нагреву узлов Тм2) и износы изоляции обмотки статора Ис), рассчитанные по средней и максимальной температурам ДАТ-470 при работе двигателя в эксплуатации

Скорость увеличения показателя износа изоляции обмотки статора при работе двигателя в эксплуатации рассчитывалась по температуре ее лимитирующего по нагреву узла и по значению средней температуры. Установлено, что при следовании локомотива с составом расчетного веса фактический износ изоляции двигателя по тепловому фактору более чем в 2 раза выше износа, определенного по значению средней температуры обмотки. При этом наибольшую интенсивность процесса накопления износа изоляция имеет на расчетных режимах работы локомотива (рис. 7,8,9). Повышение массы состава на 30% приводит к увеличению скорости износа изоляции на расчетном подъеме в 4 раза.

С использованием полученных результатов определена эффективность применения в конструкции ротора ДАТ-470 стержней трапецеидальной формы. При стоимости на сегодняшний день замены изоляции обмотки статора в размере 170 тыс. рублей на один тяговый электродвигатель двукратное увеличение ресурса изоляции позволит получить годовой экономический эффект в объеме 63750 рублей на один тепловоз в год .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Внедрение асинхронного тягового электродвигателя на локомотивах ставит задачу повышения эффективности его работы в условиях тяги, в частности, повышения ресурса за счет снижения интенсивности старения изоляции. Анализ характеристик изоляционных материалов, используемых в электромашиностроении, показал, что их ресурс в значительной степени определяются температурой обмоток электрических машин.

2. С целью выбора конструктивных параметров асинхронного тягового электродвигателя, обеспечивающих минимальный нагрев обмоток в эксплуатации, разработана математическая модель асинхронного электродвигателя, как нестационарного теплового объекта, представляющая собой систему из 38 нелинейных дифференциальных уравнений и базирующаяся на методе эквивалентных тепловых схем. Модель учитывает кондуктивные связи между элементарными тепловыми узлами электродвигателя и конвективные связи с теплоносителем.

3. Для определения конвективных связей узлов электродвигателя с теплоносителем разработана его математическая модель, как аэродинамического

объекта, позволяющая рассчитать расходы охлаждающего воздуха по каналам машины. Модель представляет собой разветвленную систему аэродинамических тройников, энергетическое состояние которой описано системой из 44 нелинейных рекуррентных уравнений. В модели учтены местные аэродинамические сопротивления воздушному потоку и сопротивления его трения с эффектом вращения.

4. Адекватность разработанной тепловой модели асинхронного электродвигателя подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных характеристик нагревания обмотки статора тяговых электродвигателей электровоза НБ-602 и тепловоза ДАТ-305. Ошибка при расчете средних значений температур обмотки статора во всем диапазоне изменения нагрузок электродвигателя не превышает 3%.

5. С помощью разработанной модели проанализировано стационарное распределение температур в обмотках асинхронных тяговых электродвигателей. Расчеты показали, что лимитирующими по нагреву узлами являются средние узлы пазовой части обмотки статора и стержней ротора; для НБ-602 разница средней температуры обмотки статора и ротора и температур их наиболее нагреваемых узлов составляет на номинальном режиме работы соответственно 22СС и 20°С.

6. На примере электродвигателя НБ-602 выполнен расчетный анализ влияния профиля стержня ротора на его тепловое состояние при идентичных значениях нагрузок. Исследования проведены с наиболее распространенными профилями стержней ротора: трапецеидальным, колбовидным, прямоугольным и бутылочным. Получено, что наибольший нагрев статорная обмотка электродвигателя имеет при использовании в конструкции ротора стержней прямоугольного профиля, а наименьший - стержней трапецеидальной формы.

7. Для исследования процессов старения изоляции обмотки статора по тепловому фактору асинхронного тягового электродвигателя в эксплуатации разработана динамическая модель движения поезда по участку заданного профиля, позволяющая рассчитывать нестационарное изменение температур его узлов во всем диапазоне изменения нагрузок.

8. Расчетные исследования показали, что при работе локомотива в эксплуатации на типовом профиле с составом расчетного веса и н.у. температура лимитирующего по нагреву узла обмотки статора НБ602 достигает 112°С, при мак-

симальном значении средней температуры 104°С. Тяговые двигатели тепловозов работают в более напряженных условиях: средняя температура обмотки статора ДАТ-305 на расчетном подъеме достигает 140°С, а температура ее лимитирующего по нагреву узла - 154°С

9. Для определения влияния конструктивных параметров ротора тягового электродвигателя на срок службы изоляции обмотки статора был использован фактор износа изоляции по тепловому фактору. Моделирование нестационарных тепловых процессов в обмотках НБ-602 при его работе в эксплуатации показало, что использование в его конструкции стержней трапецеидальной формы обеспечивает максимальный ресурс изоляции обмотки статора в эксплуатации; при применении стержней прямоугольной формы ресурс изоляции уменьшится более чем в два раза

10. Экономический эффект от использования в конструкции ротора асинхронного тягового двигателя стержней трапецеидальной формы только за счет увеличения срока службы изоляции составит 63750 рублей на один тепловоз в год.

И. Результаты работы внедрены на заводе «Электротяжмаш-Привод» ХК «Нефтегазовые системы» и используются при проектировании асинхронных тяговых электродвигателей локомотивов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В. Влияние режимов работы тягового электродвигателя на эффективность его охлаждения / Транспорт: наука, техника, управление. - 2006. - №2.

2. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В. Исследование неравномерности нагрева обмоток асинхронного тягового электродвигателя / Транспорт: наука, техника, управление. - 2007. - №2.

3. Тихонов Ф.В. Исследование теплового состояния асинхронного тягового двигателя в эксплуатации / Транспорт: наука, техника, управление. -2007. -№12.

4. Тихонов Ф.В. Математическая модель асинхронного тягового электродвигателя ДАТ-470 как теплового объекта / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2008. - №6.

5. Тихонов Ф.В. Е$лияние формы ротора стержня ротора асинхронного тягового двигателя на тепловое состояние обмоток / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2008. - №9.

6. Тихонов Ф.В. Модернизация системы охлаждения тяговых электродвигателей тепловозов с электрической передачей переменного тока // Труды 5-ой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». -М.:МИИТ, 2004.

7. Кофанов В.А., Тихонов Ф.В., Логинова Е.Ю. Повышение технических характеристик тепловоза с электрической передачей переменного тока // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2004 «Наука -транспорту - 2004». - М.:МИИТ, 2004.

8. Тихонов Ф.В. Аэродинамический расчет тягового электродвигателя локомотива // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2004 «Наука - транспорту - 2004». - М.:МЙИТ, 2004.

9. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В., Кофанов В.А. Повышение надежности тепловоза путем использования моделей в его системе управления // Труды 8-ой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». -М.:МИИТ, 2007.

10. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В. Влияние формы стержня коротко-замкнутой обмотки ротора на ресурс изоляции обмотки статора // Труды V международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem». -М.:МИИТ, 2008.

11. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В. Исследование теплового состояния асинхронного тягового электродвигателя в эксплуатации // Труды 9-ой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.:МИИТ, 2008 (в печати).

« 1 ^

и ^

ТИХОНОВ Филипп Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОБМОТОК

Специальность 05.14.01 - «Энергетические системы и комплексы»

Подписано к печати - /О, 03, Формат ъем ¿уГп .л. Заказ Тираж 80 экз,

Типография МИИТ, 127994, Москва, ул.Образцова, 15, МИИТ

2007517163

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ 6 ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ИХ ОБМОТОК

1.1. Обзор характеристик асинхронных тяговых 6 электродвигателей

1.2. Методы экспериментального определения температур 11 обмоток электродвигателей

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО 16 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ КАК ТЕПЛОВОГО ОБЪЕКТА

2.1. Существующие методы расчета температур 16 электродвигателей

2.2. Модель асинхронного электродвигателя как 21 нестационарного теплового объекта

2.2.1 Тепловая модель электродвигателя

2.2.2. Расчет тепловыделений в узлах электродвигателя

2.2.3. Расчет теплопередачи узлов электродвигателя к 36 теплоносителю

2.2.4. Расчет теплопроводностей между узлами 41 электродвигателя

2.3. Модель электродвигателя как аэродинамической 43 системы

2.4. Анализ адекватности математической модели 54 асинхронного электродвигателя реальному объекту

3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ 61 ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА НАГРЕВ ОБМОТОК

3.1. Особенности конструктивных параметров ротора 61 электродвигателя

3.2. Тепловые характеристики стержней ротора 64 электродвигателя

3.3. Распределение температур в обмотках 66 электродвигателя на номинальном режиме работы

4. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО 76 СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

4.1. Динамическая модель энергетической цепи 76 локомотива

4.2. Влияние режима работы электровоза на тепловое 83 состояние обмоток электродвигателя

4.3. Влияния режима работы тепловоза на тепловое 90 состояние обмоток электродвигателя

4.4. Анализ влияния формы стержня ротора на нагревание 95 обмоток электродвигателя в эксплуатации

5. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ 105 ПАРАМЕТРОВ РОТОРА АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

5.1. Критерий влияния температуры обмотки 105 электродвигателя на изменение ее характеристик в эксплуатации

5.2. Анализ влияния конструкции стержней ротора на 108 характеристики изоляции электродвигателя в эксплуатации

5.3. Расчет экономической эффективности от 115 модернизации ротора двигателя

На скоростном пассажирском подвижном составе зарубежных стран получил распространение асинхронный тяговый привод, основным преимуществом которого являются низкие весогабаритные показатели, невысокие затраты на обслуживание в эксплуатации, а также механическая устойчивость при плохих условиях сцепления колеса с рельсом /1,2,3/.

В Программе обновления эксплуатационного парка подвижного состава в 2008-2012 годах, принятой в 2008 году на заседании Научно-технического совета ОАО «РЖД», указано на необходимость создания нового подвижного состава на основе модульного принципа и унификации, с электрической передачей переменного тока и асинхронным тяговым приводом /5, 6/. Новый подвижной состав должен соответствовать типажу локомотивов для железных дорог страны, утвержденному в 2002 году МПС РФ; основным требованием при этом было оснащение локомотивов асинхронным тяговым приводом /4/. Поэтому повышение технических характеристик силового электрооборудования локомотивов является важным этапом развития железнодорожного транспорта.

Одновременно с созданием новых локомотивов, перспективным направлением на настоящий момент является модернизация имеющихся локомотивов с заменой, в том числе, и их энергетического оборудования. Так на Воронежском ТРЗ производится модернизация магистральных тепловозов 2ТЭ116, в рамках которой наряду с оснащением локомотива микропроцессорной системой управления, новой кабиной с унифицированным пультом управления производится оборудование асинхронным тяговым приводом /7/.

Для решения задач модернизации существующего парка локомотивов с 1995 г. заводом «Привод» (г.Лысьва), вошедшим в настоящее время в холдинг «Нефтегазовые системы», приступил к выпуску тяговых электрических машин новых серий /8,9,10,11,12/. В основном это электрооборудование для автономных локомотивов, которые, несмотря на широкую электрификацию, на железных дорогах мира остаются преобладающим видом тяги. Общее количество тепловозов в мире (110 тыс. единиц) более чем в два раза превосходит общее количество электровозов (42 тыс. единиц). Доля тепловозов с электрической передачей составляет около 80% от общего парка, что соответствует приблизительно 90 тыс. находящихся в эксплуатации локомотивов /13/.

С первых локомотивов основным элементом их энергетической цепи являлся тяговый электродвигатель постоянного тока, электромеханическая характеристика которого в наилучшей степени удовлетворяет условиям тяги. Однако коллекторные тяговые электродвигатели являются узлами с относительно низкими показателями надежности, т.к. относятся к числу наиболее напряженных машин по коммутации, механической прочности и нагреванию среди электрических машин. В настоящее время во всем мире ; широко внедряется подвижной состав с бесколлекторными, преимущественно, асинхронными тяговыми электродвигателями (АТД). Такой тяговый электропривод позволяет заметно улучшить эксплуатационные качества силового электрооборудования локомотивов: в 2.4 раза снижаются затраты на ремонт и обслуживание электродвигателей; ' уменьшается его весо-габаритные показатели; за счет регулирования момента можно более эффективно использовать сцепление колес с рельсами; при хороших выходных характеристиках инвертора асинхронный тяговый электродвигатель по сравнению с коллекторным может иметь более высокое значение кпд/13,15,16/.

В 1999 г. заводом «Привод» освоено производство асинхронных тяговых двигателей для тепловозов с электрической передачей переменного тока/17/.

Первым был разработан асинхронный тяговый электродвигатель ДАТ-305, предназначенный для работы в электрической передаче модернизированного тепловоза ТЭМ18 (ОАО «БМЗ»). К настоящему времени создана серия асинхронных тяговых электродвигателей ДАТ-510 для модернизации тепловозов 2ТЭ10 и разрабатывается тяговый двигатель ДАТ-470 перспективных магистральных тепловозов ТЭА25.

Опыт эксплуатации тяговых электродвигателей постоянного тока грузовых локомотивов показывает, что из-за больших нагрузок их обмотки часто перегреваются, увеличивая скорость старения изоляции. В результате наступает ее тепловой пробой и необходимость внеплановых ремонтов двигателей.

В настоящее время отсутствуют исследования, посвященные анализу теплового состояния обмоток тяговых асинхронных двигателей в эксплуатации, поскольку низкие нагрузки и высокая интенсивность охлаждения электродвигателей пассажирских локомотивов делают маловероятным их отказ по причине теплового пробоя изоляции. Асинхронный тяговый привод грузовых локомотивов работает на более тяжелых режимах при меньшей интенсивности охлаждения, чем электродвигатели пассажирских локомотивов, поэтому можно ожидать перегрева его обмоток, как и у электродвигателей постоянного тока. В связи с этим, актуальной является задача изучения тепловых режимов АТД в эксплуатации для поиска путей снижения интенсивности старения изоляции их обмоток.

В связи с этим целью настоящей работы является разработка методов прогнозирования температурных нагрузок АТД в эксплуатации и выбора рациональных конструктивных параметров их обмоток, обеспечивающих снижение интенсивности старения изоляции по тепловому фактору.

В ней решены следующие частные задачи:

- разработана математическая модель асинхронного электродвигателя как нестационарного теплового и аэродинамического объекта;

- проведены многофакторные исследования по определению влияния режимов работы АТД на распределение температур в его узлах;

- проведены исследования по влиянию профиля стержня ротора АТД на распределение температур в его обмотках; разработана динамическая модель движения локомотива с электрической передачей переменного тока для исследования температурных режимов и процессов старения изоляции обмоток АТД с учетом конкретных условий эксплуатации;

- выполнен прогноз по старению изоляции обмоток АТД локомотивов в эксплуатации при различных профилях стержней ротора;

- даны рекомендации по выбору профиля стержней ротора АТД локомотива, обеспечивающего в эксплуатации максимальный ресурс изоляции обмотки статора по тепловому фактору.

Научные выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы применением современных методов экспериментального исследования и математического моделирования с помощью средств вычислительной техники. Достоверность результатов расчетов подтверждена их сходимостью с результатами экспериментальных исследований АТД, выполненных в лаборатории кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Московского государственного университета путей сообщения (г.Москва), п/я Г-4847, заводом "Электротяжмаш-Привод" (г.Лысьва), во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ, г.Москва).

Результаты работы внедрены на заводе «Электротяжмаш-Привод» ХК «Нефтегазовые системы» и используются при разработке тяговых электродвигателей тепловозов.

Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Московского государственного университета путей сообщения «Безопасность движения поездов» (Москва 2004г., 2007г.), «Неделя науки» (Москва 2004г.), «Тгаш-МесЬ-АЛ-СЬет» (Москва 2008г.).

11. Результаты работы внедрены на заводе «Электротяжмаш-Привод» ХК «Нефтегазовые системы» и используются при проектировании асинхронных тяговых электродвигателей локомотивов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Внедрение асинхронного тягового электродвигателя на локомотивах ставит задачу повышения эффективности его работы в условиях тяги, в частности, повышения ресурса за счет снижения интенсивности старения изоляции. Анализ характеристик изоляционных материалов, используемых в электромашиностроении, показал, что их ресурс в значительной степени определяются температурой обмоток электрических машин.

2. С целью выбора конструктивных параметров асинхронного тягового электродвигателя, обеспечивающих минимальный нагрев обмоток в эксплуатации, разработана математическая модель асинхронного электродвигателя, как нестационарного теплового объекта, представляющая собой систему нелинейных дифференциальных уравнений 38 порядка и базирующаяся на методе эквивалентных тепловых схем. Модель учитывает кондуктивные связи между элементарными тепловыми узлами электродвигателя и конвективные связи с теплоносителем.

3. Для определения конвективных связей узлов электродвигателя с теплоносителем разработана его математическая модель, как аэродинамического объекта, позволяющая рассчитать расходы охлаждающего воздуха по каналам машины. Модель представляет собой разветвленную систему аэродинамических тройников, энергетическое состояние которой описано системой нелинейных рекуррентных уравнений 44 порядка. В модели учтены местные аэродинамические сопротивления воздушному потоку и сопротивления его трения с эффектом вращения.

4. Адекватность разработанной тепловой модели асинхронного электродвигателя подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных характеристик нагревания обмотки статора тяговых электродвигателей электровоза НБ-602 и тепловоза ДАТ-305. Ошибка при расчете средних значений температур обмотки статора во всем диапазоне изменения нагрузок электродвигателя не превышает 3%.

5. С помощью разработанной модели проанализировано стационарное распределение температур в обмотках асинхронных тяговых электродвигателей. Расчеты показали, что лимитирующими по нагреву узлами являются средние узлы пазовой части обмотки статора и стержней ротора; для НБ-602 разница средней температуры обмотки статора и ротора и температур их наиболее нагреваемых узлов составляет на номинальном режиме работы соответственно 22°С и 20°С.

6. На примере электродвигателя НБ-602 выполнен расчетный анализ влияния профиля стержня ротора на его тепловое состояние при идентичных значениях нагрузок. Исследования проведены с наиболее распространенными профилями стержней ротора: трапецеидальным, колбовидным, прямоугольным и бутылочным. Получено, что наибольший нагрев статорная обмотка электродвигателя имеет при использовании в конструкции ротора стержней прямоугольного профиля, а наименьший — стержней трапецеидальной формы.

7. Для исследования процессов старения изоляции обмотки статора по тепловому фактору асинхронного тягового электродвигателя в эксплуатации разработана динамическая модель движения поезда по участку заданного профиля, позволяющая рассчитывать нестационарное изменение температур его узлов во всем диапазоне изменения нагрузок.

8. Расчетные исследования показали, что при работе локомотива в эксплуатации на типовом профиле с составом расчетного веса и н.у. температура лимитирующего по нагреву узла обмотки статора НБ602 достигает 112°С, при максимальном значении средней температуры 104°С. Тяговые двигатели тепловозов работают в более напряженных условиях: средняя температура обмотки статора ДАТ-305 на расчетном подъеме достигает 140°С, а температура ее лимитирующего по нагреву узла - 154°С

9. Для определения влияния конструктивных параметров ротора тягового электродвигателя на срок службы изоляции обмотки статора был использован фактор износа изоляции по тепловому фактору. Моделирование нестационарных тепловых процессов в обмотках НБ-602 при его работе в эксплуатации показало, что использование в его конструкции стержней трапецеидальной формы обеспечивает максимальный ресурс изоляции обмотки статора в эксплуатации; при применении стержней прямоугольной формы ресурс изоляции уменьшится более чем в два раза

10. Экономический эффект от использования в конструкции ротора асинхронного тягового двигателя стержней трапецеидальной формы только за счет увеличения срока службы изоляции составит 63750 рублей на один тепловоз в год.

1. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. — М.: Энергоиздат, 1982, 192 с.

2. G. Rratz er al. Die Konzeption dem perspektivesche Triebfarzeuge // Elektrische Bahnen, 1998, № 11, S. 333-337.

3. Yang Anli. Подвижной состав железных дорог Китая // Chinese Railways, 1997, №2(9), p. 18-24.

4. Сорин Jl.H. Перспективные электровозы для железных дорог России// Железные дороги мира 2003, №8. С 18-24.

5. Необходим инновационный прорыв. Программа обновления парка подвижного состава в 2008-2012 годах //Локомотив 2008, №5. С 2-5.

6. Реализуя стратегические направления научно-технического развития железнодорожного транспорта // Железнодорожный транспорт 2008, №4. С.2-5.

7. Сайфранов С.М. Локомотивное хозяйство // Железнодорожный транспорт 2003, №9. С 89-91.

8. Чащин В.В. Тяговая техника России тепловозостроителям // Приводнаятехника 1997, № 4. С. 3-4.

9. Чащин В.В. Синхронные и асинхронные электродвигатели производства

10. ХК ОАО «Привод» // Новое энергосберегающее оборудование производства ХК ОАО «Привод» — техника нового тысячелетия. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции -Лысьва, .1998. С. 64-67.

11. Горнов В.А., Чащин в.В. Новая техника ХК ОАО «Привод» для Газпрома // Новая техника и технологии в энергетике ОАО «ГАЗПРОМ». Материалы конференции — Москва, 2001. С. 124-127.

12. Чащин В.В. Асинхронные двигатели вертикального исполнения // Электрические машины и электромашинные системы. Науч. тр. Пермского государственного технического университета — Пермь, 2003. С. 149-151.

13. Литовченко В.В., Баранцев О.Б. Электрические передачи мощности тепловозов с асинхронными двигателями //Локомотив 2002, № 6. С 4144.

14. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями /H.A. Ротанов, A.C. Курбасов, Ю.Г. Быков, В.В. Литовченко; Под ред. H.A. Ротанова. — М.: Транспорт, 1991. — 336 с.

15. Покровский C.B. Улучшение сцепных свойств электровозов с бесколлекторными двигателями. Дисс. на соискание ученой степени док. техн. наук. М., 1998, 357с.

16. Перспетивные направления повышения энергетической эффективности ОАО»РЖД» // Железнодорожный транспорт 2008, №8. С.3-7.

17. Электровозный парк Германии // Железнодорожный транспорт 2008, №7. С.74-77.

18. Локомотив для Европы без границ // Железные дороги мира 2004, №8. С 15-27.

19. Испытания электровоза ВЛ-80А-751 по определению основных энергетических показателей и тяговых свойств. Тема РЭЛ-01-78. 1978г.

20. Мощный магистральный электровоз с асинхронными тяговыми двигателями//Электрическая и тепловозная тяга — 1977, №5. С.9-11.

21. Новые локомотивы компании Alstom/Железные дороги мира, 1998, №10.

22. Анализ технического состояния электрических машин, поступающих в ремонт и оценка их надежности: Отчет о НИР/ Смелянский электромеханический ремонтный завод. Лаборатория надежности. Главный инженер В.Т. Мирошниченко.- Смела. 1982г. 38с.

23. Попов A.A., Логинова Е.Ю. Результаты экспериментального и расчетного определения температур обмоток тягового электродвигателя электровоза// Вестник ВНИИЖТ 1999, №6. С.34-39.

24. Логинова Е.Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения. Дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук.-М., 2000, 322с.

25. Курочка А.Л., Лозановский А.Л., Зусмановская Л.Л. Испытания тяговых машин и аппаратов электрических локомотивов. М.:Трансжелдориздат. 1959. 216с., ил.

26. Ярышев H.A. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. 2-е изд., перераб. Л.: «Энергоатомиздат». Ленингр. отд-ние, 1990. 256 е.: ил.

27. Линевег Ф. Измерение температур в технике: Справочник / Пер. с нем. М.:Металургия, 1980. 554 е., ил.

28. Гордов А.Н., Малков Я.В., Эргардт H.H. Точность контактных методов измерения температуры. М.: Изд-во стандартов. 1976. 232с., ил

29. Кельтнер, Бек Дж. Погрешности измерения температур поверхностей // Теплопередача. 1983. Т. 105. №2. С. 98-106.

30. Куинн Т. Температура / Пер. с англ. М.:Мир, 1985. 448с., ил.

31. Hofmann D. Dynamische temperaturmessung / Berlin: VEB Verlag Technik, 1976. 328 s.

32. Богаенко И.Н., Мусатов И.Х., Попов В.Б. Экспериментальное исследование температурного поля тягового двигателя // «Электровозостроение» // Сб. науч. тр. ВНИИ электровозостроения (ВЭлНИИ). Новочеркасск. 1964. Том IV. С. 106-121.

33. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 236с.

34. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д. Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984.

35. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д. Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984.

36. Rotter R. Termische Betribsuntersuchimgen an elektrischen Fahrmoto-Kommutatoren der österreichischen Bundesbahnen. «Z. Eisenbahn und Verkehrstechn. Glas. Ann.», 1972, v. 96,1 6.

37. Чивадзе З.Д., Ванштейн Б.З., Сладкин В.А. Устройство для непрерывного контроля и дистанционного измерения температуры вращающихся частей электрических машин. Сб.: Электротехн. пр-сть. Сер. Электрические машины. 1970. Вып. 3. С. 21-22.

38. Курочка А.Л. и др. Исследование высоковольтных электрических машин постоянного и пульсирующего тока / А.Л. Курочка, A.A. Суровиков, В.П. Янов М.:Энергия. 1975. 192 е., ил.

39. Громов С.А. Исследование возможности определения температур обмоток якорей электрических машин тепловозов по температуре обмоток дополнительных полюсов. Автореф. дис. На соискание ученой степени к.т.н. ЦНИИ ж.-д. трансп. (ЦНИИ МПС). М.: 1955. 24с.

40. Гнездилов Б.В., Егоров А.Я. Исследование нагревания уравнительных соединений тепловозных тяговых электродвигателей//

41. Совершенствование тепловозных электропередач» // Науч. тр. ЦНИИ ж.-д. трансп. (ЦНИИ МПС). 1968 Вып. 349. С. 73-82.

42. Режимы работы магистральных электровозов / O.A. Некрасов, А.Л. Лисицын, Л.А. Мугинштейн, В.И. Рахманинов; Под ред. O.A. Некрасова. М.: «Транспорт», 1983. 231., ил.

43. Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. Л.-.Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1983. 216с., ил.

44. Гуревич Э.И. Тепловые испытания и исследования электрических машин. Д.: Энергия. 1977. 295 е., ил.

45. Готтер Г. Нагревание и охлаждение электрических машин, (пер. с нем. под ред. В.В. Мальцева. M.-JL, Госэнергоиздат, 1961. 480 е., ил.

46. Борисенко А.И. и др. Охлаждение промышленных электрических машин / А.И. Борисенко, О.Н. Костиков, А.И. Яковлев. М.: «Энергоатомиздат» , 1983.-296 е., ил.

47. Алексеев А.Е., Костенко М.П. Турбогенераторы. M.-JL: Госэнергоиздат, 1939. 348 е., ил.

48. Soderberg R. Steady flow of heat in large turbine-generators.-Trans. AIEE, 1931,vol. 50, №6, p. 782-802.

49. Исаев И.П. Допуски на характеристики электрических локомотивов. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. 1958. 370 е., ил.

50. Москвитин А.Н. Непосредственное охлаждение электрических машин. Изд. АН СССР, М., 1962.

51. Кузнецов H.JL, Котеленец Н.Ф. Надежность электрических машин и планирование эксперимента//Электричество — 2007, №10. С 42-44.

52. Ипатенко В.Н. Исследование нагрева асинхронных двигателей и разработка алгоритма их выбора для различных эксплуатационных режимов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М. 1980. 144 с.

53. Тихонов Ф.В. Математическая модель асинхронного тягового электродвигателя ДАТ-470 как теплового объекта / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. — 2008. №6

54. Находкин М.Д и др. Проектирование тяговых электрических машин. Изд. 2-е, перераб. И доп. М.¡Транспорт, 1976.624с. Авт.: Находнкин М.Д., Василенко Г.В., Бочаров В.И., Козорезов М.А.

55. Постников И.М. Проектирование электрических машин. Киев, Гостехиздат УССР, 1960. 910с

56. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия,1969. 440 е., ил. Авт.: Исаченко И.П., Осипова В.А., Сукомел A.C.

57. Лыков A.B. Тепломассообмен: (Справочник). Изд. 2-е, перераб. и доп. М.:

58. Энергия, 1978. 480 е., ил.

59. Борисенко А.И., Данько В.Г., Яковлев А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М.: Энергия. 1974. 560 с.

60. Богаенко И.Н. Обобщенные и местные коэффициенты теплоотдачи тяговых двигателей магистральных электровозов // Электричество. 1966. №1. С. 25-29.

61. Гаевская И.И. Исследование основных параметров тяговых электродвигателей постоянного тока рудничных электровозов. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Харьковский политехнический институт (ХПИ). Харьков. 1978. 20с.

62. Иоффе А.Б. Тяговые элекрические машины (теория, конструкция, проектирование). М.-Л.:Энергия, 1965. 323 е., ил.

63. Богаенко И.Н., Бочаров В.И. Определение параметров эквивалентных тепловых схем тяговых двигателей. // «Электровозостроение» // Науч. тр. ВНИИ Электровозостроения (ВЭлНИИ). Ростов-на Дону. 1968. Т. X. С.34-49.

64. Данько В.Г., Богаенко И.Н., Бочаров И.К. К тепловому расчету тяговогоэлектродвигателя постоянного тока // «Электровозостроение» // Науч. тр. ВНИИ Электровозостроения (ВЭлНИИ). Ростов-на Дону, 1966. Т. VII. С.34-49.

65. Васильев Ю.К. Уточненный тепловой расчет однорядной обмотки возбуждения // Электричество. 1965. №6. С. 24-27.

66. Шумехин М.И. Теплопроводность вдоль и поперек шихтованных пластиниз трансформаторной стали. //Электричество. 1966. № 12. С. 28-31.

67. Бертинов А.И., Миронов О.М., Базаров В.Н. Экспериментальное исследование эквивалентной теплопроводности пакетов листовыхэлектротехнических сталей. / Московский авиационный институт (МАИ). М.: 1971. 12с. Рукопись деп в ВИНИТИ №2645-71.

68. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. Издво АН СССР, 1962.

69. Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений. М.:Энергия, 1971. 216 с.

70. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В. Влияние режимов работы тягового электродвигателя на эффективность его охлаждения / Транспорт: наука, техника, управление. 2006. - №2. С.20-24.

71. Bratt D. The multiply-radial system of cooling large turbine-generators //Transactions AIEE, 1924, April, p. 437-454.

72. Fechheimer C., Penney C. Ventilation of turboalternatos concluding study myltiply path radial systems //Transactions AIEE, 1926, Febr., p. 253-267.

73. Филиппов И.Ф. Основы теплообмена в электрических машинах. Л.:Энергия Ленингр. отд-ние. 1974. 384с., ил.

74. Филиппов И.Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. Под ред. Н.П. Иванова. М.: Энергия. 1964. 336с.

75. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим" сопротивлениям. М.: Машиностроение. 1975. 559с.

76. Протокол испытаний электродвигателей переменного тока тяговых типа ДАТ-305-2230УХЛ1 по определению типовых характеристик. ОВЖ. 125.229. ХК ОАО «Привод». 2002.

77. Разработка технических требований и основных параметров перспективных тяговых двигателей. Стендовые испытания асинхронного (НБ-602) и вентильного (НБ-601) тяговых двигателей. ВНИИЖТ. 1972.

78. Стендовые испытания двигателя НБ602 и преобразовательной установки электровоза ВЛ-80А-751 при имеющейся мощности. Технический отчет №ОАБ. 122.091. 1974г.

79. Стенд электропередачи переменного тока для тепловоза. Руководство по эксплуатации, 27.С.185.00.00.000 РЭ.

80. Ковалев Е.Б., Расков Ю.В., Голянд Б.С. Статистический анализ и расчет нагрева асинхронных электродвигателей //Электричество. 1975. №11. С. 38-40.

81. Турин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. М.¡Энергия, 1978. 480 е., ил.

82. Вольдек А.И. Электрические машины. 3-е изд., перераб. JI.¡Энергия, 1978. 832 е., ил.

83. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е, переработ, и доп. М.гЭнергия, 1970.- 632с.

84. Шуйский В.П. Расчет электрических машин (перевод с немецкого). М.¡Энергия. 1968. 732с.

85. Логинова Е.Ю., Тихонов Ф.В. Исследование неравномерности нагрева обмоток асинхронного тягового электродвигателя / Транспорт: наука, техника, управление. 2007. - №2. С.39-42.

86. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: «Транспорт». 1985. 287с., ил.

87. Математическое моделирование динамики электровозов / А.Г. Никитенко, Е.М. Плохов, A.A. Зарифьян, Б.И. Хоменко. М.: Высшая школа. 1998. 274с.

88. Стародумов B.C., Тимранов P.P. Применение ПВК для моделирования тягового привода//Тр. Моск. энерг. ин-та. 1992. №641. С. 17-22.

89. Кейн B.M. Оптимизация систем управления по минимаксному критерию. М.гНаука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 428с., ил.

90. Мощинский Ю.А., Петров А.П. Математическая модель несимметричного асинхронного двигателя на основе схем замещения для переходных режимов //Электротехника. 2003.№2. С.

91. Тихонов Ф.В. Исследование теплового состояния асинхронного тягового двигателя в эксплуатации / Транспорт: наука, техника, управление. — 2007. -№12. С.16-19.

92. Мониторинг и управление процессами теплового старения изоляции тяговых двигателей электровозов//Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. 2007№2. С.177-180.

93. Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Надежность электрических машин. Л.:Энергия.1976. 248с., с ил.

94. Карпунин М.Г., Любенецкий Я.Г., Майданчик Б.И. Жизненный цикл и эффективность машин. М. Машиностроение, 1989. 312 е., ил.

95. О методике определения стоимости жизненного цикла и лимитной цены подвижного состава и сложных технических систем железнодорожного транспорта. Распоряжение ОАО «РЖД» №2459р, 2007.

96. Интернет-ресурс www.epr.ru.1. Нефтегазовые СИСТЕМЫ

97. НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ1. ЯГ)1. Акт о внедрении

98. Настоящим актом подтверждается, что Тихоновым Ф.В. (Московский государственный университет путей сообщения) разработана и внедрена в производственный процесс методика тепловых расчётов асинхронных тяговых электродвигателей.

99. ОКПО 93277102, ОГРН 1057749572594, ИНН 7713574191, КПП 774301001, БИК 044552200, Р/с 40702810900000219089 в ЗАО АКБ "АЛЕФ-БАНК'Тг. Москва