автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Разработка универсальной модели для тепловых расчетов тяговых электродвигателей локомотивов

На правах рукописи

ПЛАТОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

00347831Ь

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003478915

Работа выполнена на кафедре «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Минаев Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Глущенко Михаил Дмитриевич

кандидат технических наук, доцент Ефимов Андрей Львович

Ведущая организация: ОАО «ВНИИЖТ»

Защита диссертации состоится 009 г. в ^у часов на

заседании диссертационного совета Д 218.005.08 в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, аудитория 2576.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Автореферат разослан « в 2009 г.

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

Ученый секретарь диссертационного совета Д 218.005.08, д.т.н. *

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Железнодорожный транспорт играет важнейшую оль в развитии хозяйственно-экономического комплекса России. На елезнодорожный транспорт приходится до 85% грузовых и до 60% тссажирских перевозок, выполняемых в стране. К настоящему времени в яговом подвижном составе преобладают локомотивы, построенные более 20 лет азад. В течение всего жизненного цикла на содержание и ремонт локомотивов в том числе, тяговых электродвигателей) уходит до 64% всех эксплуатационных асходов, из которых свыше 35% - на электроэнергию и топливо. Износ сновных фондов в локомотивном хозяйстве превысил 65%. Для того, чтобы низить темпы старения парка локомотивов, руководство Российских железных орог приняло программу, связанную с продлением срока службы локомотивов.

К проектированию и созданию перспективного подвижного состава с яговым электроприводом предъявляется ряд важных требований. К этим ебованиям относятся, в частности, внедрение на железнодорожном транспорте синхронных тяговых электродвигателей и изоляции класса не ниже Н. Однако, синхронный тяговый привод требует разработки, а также массового оизводства недорогих и надежных электронных преобразователей. В астоящее время для тягового электропривода применяются в основном оллекторные электродвигатели.

Как показали результаты анализа технического состояния локомотивного арка страны, приведенные в ряде работ, самыми ненадежными узлами в иловых цепях локомотива (по количеству отказов) являются электрическая ппаратура и изоляционные конструкции тяговых электродвигателей.

В условиях эксплуатации тяговые электродвигатели локомотивов работают в ироком диапазоне изменения тока якоря, который может быть выше оминального значения. Как правило, системы охлаждения тягового привода еализуют расходы воздуха, позволяющие обеспечить температуры элементов лектродвигателей в номинальных режимах их работы не выше допустимых (

значений для применяемых классов изоляции. Существующие системы охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов не гарантируют поддержание температуры обмоток на допустимом уровне во всем диапазоне изменения тока якоря. Опыт эксплуатации показывает, что более низкая надежность из-за возможных перегревов обмоток сверх допустимых значений свойственна тяговым электродвигателям тепловозов. Следует заметить при этом, что затраты энергии на охлаждение оборудования электровоза достигают 15% от соответствующих затрат на тягу. На тепловозе затраты мощности на охлаждение тягового электрооборудования составляют до 6% от мощности энергетической установки. Поэтому системы охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов должны быть спроектированы с учетом выполнения требований не только эффективности, но также экономичности их работы.

Несмотря на большое количество известных методов непосредственных и косвенных измерений локальных или средних температур обмоток (неподвижных и вращающихся), только расчет температурных полей для различных режимов эксплуатации тяговых электродвигателей позволяет оптимизировать работу вентиляторов системы охлаждения.

В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируется локомотивы нескольких серий, которые оборудованы тяговыми электродвигателями различных конструкций. В связи с этим при заданном режиме работы локомотива каждой модели электродвигателя соответствует, строго говоря, собственное распределение температуры в пространстве объема электродвигателя. Такое распределение (поле) температуры может быть получено, в частности, на основании расчета тепловой схемы замещения, которая должна быть адекватна рассматриваемой конструкции тягового электродвигателя.

Таким образом, определение теплового состояния тяговых электродвигателей различных типов, установленных на локомотивах железных дорог России, является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка универсальной модели для расчета температурного поля в электрической машине коллекторного типа, которая может быть легко адаптирована к соответствующей конструкции тягового электродвигателя; выполнение расчетов нестационарных температурных полей в тяговых электродвигателях локомотивов с использованием разработанной в диссертации универсальной модели.

Методы исследования. Для реализации поставленной цели были использованы методы расчета нестационарных процессов теплопередачи с помощью численного решения (методом балансов с использованием неявной разностной схемы) системы дифференциальных уравнений, определяющих тепловое состояние тягового электродвигателя при заданной его нагрузке и расходах воздуха в системе охлаждения, соответствующей (специально разработанной в диссертации) обобщенной гидравлической модели охлаждения тягового электродвигателя.

Научная новнзна работы заключается в следующем:

реализован новый подход к составлению эквивалентных тепловых схем замещения тяговых электродвигателей локомотивов, основанный на блочной структуре;

с использованием блочной структуры разработана универсальная модель для тепловых расчетов электродвигателей коллекторного типа, которая позволила составить программу расчета нестационарного теплового состояния указанного класса электрических машин. Адекватность универсальной модели проверена расчетом нестационарных температурных полей в тяговых двигателях НБ-418К, ЭД118А, ТЛ-2К и НБ-514.

Практическая ценность работы. Разработанный метод составления тепловых моделей тяговых электродвигателей и созданное на его базе программное обеспечение позволяют рассчитывать нестационарные температурные поля в тяговых электродвигателях коллекторного типа при их проектировании, а также для различных температурных условий их

эксплуатации; оптимизировать работу системы охлаждения тягового электродвигателя локомотива; использовать методику подхода к составлению универсальной тепловой схемы замещения для разработки соответствующей схемы группы электродвигателей принципиально другого типа (например, асинхронных).

Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов численного моделирования подтверждена специальными исследованиями (анализом устойчивости решения, оценкой точности и сходимости расчета на различных сетках и др.), также результатами сопоставления расчетных данных, полученных в диссертации, с известными из литературных источников экспериментальными данными и расчетными данными известных решений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, а также ее результаты докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях «Неделя науки - 2007», «Неделя науки - 2008»; заседаниях кафедры «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» Московскго государственного университета путей сообщения (МИИТ); международных конференциях «Тгапэ-МесЬ-АЛ-СЬеш», «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы»; научно-техническом совете комплексного отделения «Электрификация и энергоснабжение железных дорог» ОАО «ВНИИЖТ».

Использование результатов. Программа теплового расчета тяговых электродвигателей, разработанная в диссертации, принята ООО «Экспертный центр» к внедрению в процесс сертификации новых и модернизируемых локомотивов. Акт о внедрении прилагается к диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ, в том числе три из них - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для данной специальности.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения; пяти глав текста; заключения; списка использованных источников из 154 наименований; содержит 186 страниц основного текста, включая 23 таблицы и 77 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводиться обоснование актуальности темы диссертации, формулируются цели работы и задачи исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

В первой главе описаны цели и значение теплового расчета при проектировании и эксплуатации тяговых электродвигателей. Она содержит аналитический обзор литературы с учетом факторов, определяющих надежность тяговых электродвигателей.

Результаты анализа многолетней эксплуатации локомотивов, которые приведены в ряде научных исследований, показывают, что более половины всех «отказов» происходит в электрических аппаратах. Экономический ущерб, связанный с отказами, не может быть оценен исключительно количественными показателями. Так, например, доля отказов тяговых электродвигателей, составляет около 20% в общем количестве отказов на локомотиве. Однако, именно эти отказы вызывают наиболее тяжелые последствия, которые приводят к отклонениям от графиков движения поездов.

Надежность эксплуатации и срок службы тяговых электродвигателей существенным образом зависят от температурных условий работы материала изоляции обмоток. Температурное воздействие усиливает также влияние других негативных факторов (переменных по величине термомеханических напряжений, наличия атмосферной влаги и пр.) на срок службы тяговых электродвигателей и приводит к возрастанию затрат на текущий ремонт. Следует особо отметить, что увеличение температуры активных частей всего лишь на 812 °С может сократить срок службы тягового электродвигателя практически вдвое.

Анализ причин повреждений в процессе эксплуатации тяговых электродвигателей показал, что большой процент выхода их из строя является следствием пробоя корпусной изоляции и межвитковых замыканий. По мнению авторов многих работ, указанные повреждения происходят в значительной мере из-за температурных воздействий.

Работа системы охлаждения тяговых электродвигателей должна быть согласована с их нагрузкой, что определяет тепловое состояние этих двигателей. Реализация такого условия обеспечивает эффективную и экономичную работу системы охлаждения электродвигателей локомотивов. Однако, выполнить указанное требование не представляется возможным при отсутствии данных, характеризующих температурное поле в пространстве электродвигателя. Такие данные могут быть получены на основании автоматизированного расчета нестационарных температурных полей в тяговых электродвигателях различных типов с помощью модели, которая позволяет по входным данным - току тягового электродвигателя /(г), частоте его вращения п(т), расходу С(т) и температуре *„„(т) охлаждающего воздуха, определить температуры отдельных элементов конструкции электродвигателя, в том числе, превышение температуры наиболее нагретого узла:

Во второй главе выполнен обзор и проведен анализ существующих аналитических, а также экспериментальных методов исследования теплового состояния тяговых электродвигателей.

За годы развития электромашиностроения, как в России, так и за рубежом было выполнено множество теоретических и экспериментальных работ, которые были посвящены разработке достоверных методов расчета температурных полей в электрических машинах. Результаты указанных исследований были представлены в работах Алексеева А. Е., Борисенко А. И, Винокурова В. А., Готгера Г., Данько В. Г., Иоффе А. Б., Космодамианского А. С., Костенко М. П.,

Кузьмича В. Д., Логиновой Е. Ю., Минаева Б. Н., Находкина М. Д., Некрасова О. А., Постникова И. М., Филиппова И. Ф., Яковлева А. И. и др. Большой вклад в разработку методов расчета теплового состояния тяговых электродвигателей с учетом условий эксплуатации внесли такие организации, как НИИ «Электротяжмаш», ВЭлНИИ, ВНИТИ, ВНИИЖТ, МИИТ и др. Однако, известные модели для тепловых расчетов не обладали достаточной универсальностью, свойственной группе близких и в то же время неодинаковых по конструкции электрических машин (в частности коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов).

Анализ показал, что расчет температурного поля в пространстве электрической машины (тягового электродвигателя локомотива) при различных режимах его работы, в особенности для условий его эксплуатации, т. е. при переменных режимах тяговой нагрузки (в нестационарных тепловых режимах), является чрезвычайно сложной задачей. Большие трудности в исследовании температурных полей связаны также с тем, что на локомотивах железнодорожного транспорта России применяются тяговые электродвигатели различных типов, которые не одинаковы по своей конструкции.

Наиболее подходящим для расчета температурного поля внутри электродвигателя, как показал анализ, проведенный в диссертации, является метод расчета эквивалентных тепловых схем замещения, точность которого зависит от степени дискретизации элементов конструкции электродвигателя, правильности выбора условий однозначности (граничных и начальных условий), точности расчета мощности источников тепловыделений (мощности тепловых потерь) и тепловых сопротивлений, а также обоснованности выбора тепловых связей между отдельными узлами электродвигателя.

Следует заметить при этом, что электрические машины даже различных типов содержат много «похожих» конструкционных элементов и аналогичных связей. Это позволяет поставить задачу о разработке некоторой универсальной модели для расчета температурного поля в электрической машине, которая

может быть легко адаптирована к соответствующей конструкции тягового электродвигателя.

В диссертации сделана попытка создания универсальной модели для тепловых расчетов коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов с использованием так называемой «блочной структуры».

Третья глава содержит детальное описание разработки универсальной тепловой схемы замещения на основе блочной структуры, а также методов расчета тепловыделений в узлах, тепловых сопротивлений между ними, коэффициентов теплоотдачи поверхностей охлаждения. Применительно к универсальной тепловой схеме замещения была разработана эквивалентная гидравлическая схема охлаждения тягового электродвигателя, а также сформулирована система уравнений, решение которой позволило определить расходы и скорости воздуха в каналах системы вентиляции.

Наиболее приемлемым методом расчета температурных полей в тяговом электродвигателе является метод с использованием эквивалентных тепловых схем замещения. Составление эквивалентной тепловой схемы замещения отдельно для каждого типа двигателя является достаточно трудоемкой задачей. Облегчить решение этой задачи можно применением блочной структуры для разработки универсальной эквивалентной тепловой схемы замещения тягового электродвигателя. Конструкция тягового электродвигателя имеет сложную и неоднородную пространственную структуру, распределение температуры внутри которой определяется процессами теплопроводности (в твердых телах), конвективного и лучистого теплообмена (в каналах системы охлаждения и на внешней поверхности электрической машины). При рассмотрении поперечного разреза тягового электродвигателя коллекторного типа, можно заметить, что отличия по периметру сечения имеют место только в конструкции остова. Однако, эти отличия оказывают незначительное влияние на распределение температуры. Остальные узлы двигателя, такие как якорь, коллектор и др., симметричны относительно осей главного и добавочного полюсов. Поэтому при

и

расчете его температурного поля электродвигателя можно ограничиться сектором между осями главного и добавочного полюсов.

В настоящее время на локомотивах железных дорог России преимущественно используются тяговые электродвигатели постоянного и пульсирующего тока (в частности, НБ-418К, ЭД118А, ТЛ-2К, НБ-514 и др.).

Каждый электродвигатель такого типа состоит из определенного набора конструкционных узлов (якоря, главного и добавочного полюсов, станины, коллектора и пр.). Большая часть из этого состава элементов присутствует в любом электродвигателе. Поэтому для отдельного узла двигателя следует составить соответствующий блок тепловой схемы замещения. Различия в конструкциях двигателей можно учесть при составлении тепловых схем замещения указанных блоков. Для принципиально разных конструкций одного и того же узла следует разработать несколько схем таких блоков. При этом изменение конструкции какого-либо элемента электродвигателя приводит только к изменению блока рассматриваемого узла и не повлияет на остальную часть схемы.

На рис. 1 представлен блок тепловой схемы замещения компенсационной обмотки электродвигателя с количеством проводников п. Для учета конструкционных отличий данного блока различных электродвигателей (при неодинаковом количестве проводников в пазу компенсационной обмотки) количество узлов в схеме замещения принимается равным количеству проводников. При изменении числа проводников в обмотке соответствующим образом меняется количество узлов в схеме замещения и их связи. Понятно, что связи, вводимые дополнительно в тепловую схему замещения, будут аналогичны тем, которые уже имеются в блоке. Пунктирными линиями показаны дополнительно вводимые связи при увеличении количества проводников. Для элементов электродвигателя, конструкции которых имеют несколько разновидностей, в диссертации разработаны соответствующие блоки тепловой схемы замещения. К таким элементам относятся обмотка якоря (вертикальное,

горизонтальное и вертикально-горизонтальное расположение проводников), главный и добавочный полюсы (компенсированных и некомпенсированных электродвигателей).

Рис 1. Блок эквивалентной тепловой схемы компенсационной обмотки: ОК1, ОК2 - проводники компенсационной обмотки; И™ - тепловое сопротивление слоев изоляции по направлению к зубцам; Кнпп - тепловое сопротивление слоев изоляции по направлению к подпазовой части; Кик - тепловое сопротивление слоев изоляции по направлению к клину; 11ипр - тепловое сопротивление слоев изоляции между проводниками; Итпр - тепловое сопротивление обмоточного провода; 1 - вывод блока со стороны подпазовой части главного полюса; 2, 4 -выводы блока со стороны зубцов главного полюса; 3 - вывод блока со стороны клина; 2', 4' - выводы блока вдоль проводников компенсационной обмотки.

Более сложные блоки составляются с использованием уже построенных элементарных блоков тепловой схемы замещения. Пример такого блока тепловой схемы замещения представлен на рис. 2. В данном блоке используются блоки тепловой схемы замещения обмотки якоря в пазу.

Аналогично строятся блоки эквивалентной тепловой схемы замещения для других узлов тягового электродвигателя. С использованием этих блоков можно составить универсальную тепловую схему замещения коллекторных тяговых

1

3

электродвигателей, которую можно рассматривать как базовую для всех электродвигателей одного типа.

Рис. 2. Блок эквивалентной тепловой схемы замещения обмотки якоря под бандажом со стороны нажимной шайбы: ОЯгОЯ„ - блок обмотки якоря (аналогичен блоку обмотки якоря в пазу); НШ - нажимная шайба; К«^, -тепловое сопротивление между обмоткой якоря под бандажом и воздухом; КоЯНШ - тепловое сопротивление между обмоткой якоря под бандажом и нажимной шайбой; 11„ш - тепловое сопротивление нажимной шайбы вдоль вала; КТ1Шш -тепловое сопротивление теплопередачи нажимной шайбы к охлаждающему воздуху; 11ншв - тепловоз сопротивление между нажимной шайбой и валом; 1 -вывод блока со стороны бандажа; 2, 4 - выводы блока вдоль вала; 3 - вывод схемы со стороны вала; 5 - вывод схемы к охлаждающему воздуху в канале; 2', 4' - выводы блока вдоль проводников.

При конвективном теплообмене в каналах и полостях электродвигателя эти условия, в частности, определяются коэффициентами теплоотдачи, значения которых зависят от скоростей движения охлаждающей среды относительно поверхностей теплообмена. В свою очередь, скорости движения воздуха в системе охлаждения электродвигателя определяются результатами

вентиляционного расчета. Таким образом, вентиляционный расчет является необходимой частью системы расчета температурного поля в электродвигателе при заданной его нагрузке. На рис. 3 представлена эквивалентная гидравлическая схема охлаждения тягового электродвигателя.

' ЛР^; ЛР„ ДРТрби1

|АРтрп11 ДРтрШ

гр" ДРнОдДр^,

—□—□

Ар

G,

АР

тр]]

Артрп

G,

тр12

—СИ—О—О-гЧСН ДРтрбьДРш GbAp^nl Ар

ДРтрпШ Др^п!

, Дртра1+|Др li+1 Giíh ДРтрбП+lí

Рис. 3 Эквивалентная гидравлическая схема охлаждения тягового электродвигателя для потока воздуха, проходящего через каналы якоря: G[ - суммарный расход охлаждающего воздуха через каналы якоря; АртрХ,

ДРтрг' потеРи давления в тройнике; Apmpnli - &pmpnll - потери давления при

прохождении тройника в прямом направлении; ДрВ!рЯ1-Дpmp6li, АртрШ+х-

АРтрбь' потери давления при прохождении тройника в боковом направлении;

Арп - Ар1п - потери давления на отдельных ветвях; Gn - G¡„ - расходы воздуха по отдельным ветвям.

Эта схема, которая относится к потоку воздуха, проходящего через каналы якоря (при числе каналов равном п), является частью обобщающей схемы вентиляции, разработанной в диссертации.

В четвертой главе обоснован выбор метода математического решения полученной системы дифференциальных уравнений, а также алгоритм создания

программного обеспечения для расчета универсальной тепловой схемы замещения с блочной структурой.

Для расчета температурного поля в пространстве электрической машины обычно используются численные методы, среди которых наиболее часто применяются разностные методы благодаря их универсальности и наличию хорошо разработанной теории. При использовании разностного метода на объект, в котором определяется поле температур, наносят некоторую сетку, точки пересечения которой называются узлами. Производные в дифференциальных ¡/равнениях аппроксимируются приближенными алгебраическими формулами. Эти формулы называются конечно-разностными и неизвестными в них являются значения функций в узлах. Замена производных в дифференциальном уравнении конечно-разностными формулами приводит к системе линейных алгебраических уравнений. Решение полученной системы алгебраических уравнений позволяет определить значения температур в узлах сетки. Сетка может быть прямоугольной и непрямоугольной, равномерной и неравномерной. При использовании эквивалентной тепловой схемы замещения для расчета температурного поля в электрической машине получается непрямоугольная неравномерная сетка.

Анализ показывает, что при составлении разностных схем для расчета эквивалентных тепловых схем замещения наиболее приемлемым следует признать метод балансов (частный случай интегро-интерполяционного метода), который хорошо работает с неравномерной непрямоугольной сеткой.

Для расчета нестационарного поля температур внутри пространства тягового электродвигателя выбрана неявная разностная схемы вычислений.

Для неявной схемы вычислений уравнение, определяющее тепловое состояние /-го узла в пространстве электрической машины (при общем количестве узлов п), принимает следующий вид: для узлов внутри твердых тел -

р.су, =-С)+ ^

где р,, С;, ^- плотность, теплоемкость и объем элемента твердого тела, соответствующего г-шу узлу, Кц - коэффициент, учитывающий перенос теплоты от / -го узла к у -му, Р) - суммарная мощность источников тепловыделений в / -м узле, , - температура / -го узла соответственно в моменты времени со и <в + 1; - температура ] -го узла в момент времени

<У +1; А г - шаг между слоями по времени, для узлов внутри охлаждающего воздуха -

Ас^Дх,-«——= -С')+2Х(С' - С)

где - площадь поперечного сечения ¡' -го участка воздушного канала, Дх, - длина г-го участка канала, и?,- скорость воздуха в /-м участке канала, температура воздуха в участке канала, предшествующего /-му в момент времени 0 + 1.

Выполнение расчета тепловой схемы замещения тяговых электродвигателей (универсальной модели) имеет следующие цели:

определение температур в узлах тепловой схемы замещения при различных режимах работы двигателя (включая номинальный режим) с первоначальным вводом исходных данных (конструкционных, физических и пр.) в программу расчета;

определение температур в узлах тепловой схемы замещения при заданных параметрах эксплуатации, которые определяются тяговыми расчетами;

определение температур в узлах тепловой схемы замещения при согласовании работы системы охлаждения с электрической нагрузкой двигателя.

Схема расчета для выполнения первой цели представлена на рис. 4. В соответствии с этой схемой рассчитываются температуры элементов тягового электродвигателя (г) во времени после ввода исходных данных (физических и геометрических параметров конструкции), а также соответствующих зависимостей тока обмоток тягового электродвигателя /(г), частоты его

вращения п(т), температуры наружного воздуха (г), расхода охлаждающего воздуха через электродвигатель б(т).

Блок ввода База данных Блок расчета

конфигурации Сохранение конфигурации Загрузка температуры

тягового тягового элементов тягового

э ле ктродви гателя э л е ктрод в игате ля электродвигателя

Вывод

температуры !, (г)

элементов электродвигателя ,,

Рис. 4. Структурная схема программы расчета температуры элементов тягового электро дв игателя.

Для определения температур в узлах схемы замещения была разработана программа расчета теплового состояния (переменного во времени - решение «нестационарной задачи») электродвигателя, физические свойства материалов и геометрические параметры конструкции которого сохранялись в системе таблиц (база данных), имеющих древовидную структуру связей.

В диссертации разработаны также структурные схемы программы расчета температур элементов тягового электродвигателя при реализации двух последующих целей.

В пятой главе проведен анализ адекватности разработанной универсальной тепловой схемы замещения с блочной структурой на примере тепловых расчетов

тяговых электродвигателей НБ-418К, ЭД118А, ТЛ-2К и НБ-514. В связи с этим, было выполнено сопоставление результатов расчета универсальной тепловой схемы замещения с известными результатами тепловых испытаний двигателей, а также с их обобщенными расчетно-экспериментальными тепловыми характеристиками.

Средняя температура любого элемента тягового электродвигателя (например, обмотки), представленного п элементарными узлами, рассчитывалась согласно зависимости:

п

Т _

1СР п '

где С1 - теплоемкость материала в 1-м элементарном узле; т1 - масса материала в 1-м элементарном узле; Т( - температура г -го элементарного узла.

Сравнение данных, полученных расчетом универсальной тепловой схемы замещения с блочной структурой, соответствующей особенностям конструкции тягового электродвигателя НБ-418К, с расчетно-экспериментальными данными, представлено на рис. 5-6 - превышение температуры обмотки при установившимся режиме работы электродвигателя) и в табл. 1.

Анализ показывает, что расхождение данных, полученных расчетом тепловой схемы замещения электродвигателя НБ-418К, с известными расчетно-экспериментальными данными составляет не более 10%. Этот факт говорит о том, что универсальная тепловая схема замещения электродвигателя достаточно правильно отражает тепловыделения, параметры тепловых связей и температурное распределение в пространстве электрической машины.

/

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 X, ч

Рис. 5 Зависимость превышения температуры добавочного полюса от времени при номинальном режиме работы тягового электродвигателя НБ-418К; -

результаты расчета, - опытные данные.

Чю.-с

400 350 300 250 200 15Э 10Э 50

0 200 400 600 800 1000 1200 I..A

Рис. 5 Зависимость превышения температуры обмотки якоря тягового электродвигатели НБ-418К от его тока; - результаты расчета,

- опытные данные.

1 h

j¡

t

//

/

/ / У

____^

Таблица 1.

Результаты сопоставления расчетных и расчетно-экспериментальных данных для обмотки якоря электродвигателя НБ-418К.

№ Ток якоря, А Среднее расчетное превышение температуры обмотки, "С | Среднее расчетно-экспериментальное превышение температуры обмотки, "С Максимальное превышение . температуры участка обмотки, "С 1 Допустимое превышение температуры участка обмотки, "С Разность между допустимым и максимальным превышениями температуры участка обмотки, °С

1 200 19,9 18 31,2 130 98,8

2 400 45,6 41 60,4 130 69,6

3 600 75 68 93,3 130 36,7

4 800 112,7 103 134,1 130 -4,1

5 1000 166,4 150 188,2 130 -58,2

6 1200 240,4 225 264,6 130 -134,6

Из табл. 1 следует, что среднее значение превышения температуры обмотки якоря, которое определяется по ее сопротивлению, существенно отличается от максимального превышения температуры этой обмотки, полученного из расчета тепловой схемы замещения электродвигателя. Так, например, при токе якоря 600А максимальное превышение температуры, полученное расчетом, составляет 93 °С, тогда как среднее значение превышения температуры, которое определяется сопротивлением обмотки, оставляет только 68 "С; при токе якоря 800А эти превышения температуры имеют соответственно значения 134 "С и 103 °С. Таким образом, превышение температуры обмотки якоря, которое определяется величиной электрического сопротивления, оказывается существенно ниже максимального превышения температуры, полученного из расчета тепловой схемы замещения электродвигателя. Это не позволяет, в ряде

случаев, правильно сопоставить величину реального превышения температуры обмотки с максимально допустимым превышением ее температуры для соответствующего типа изоляции проводников. В частности, при токе якоря 800А максимальное превышение температуры, полученное расчетом тепловой схемы замещения, составляет порядка 134 °С; среднее значешге превышения температуры обмотки якоря, определяемое величиной ее сопротивления - 103 °С; при этом допустимое превышение температуры изоляции обмотки в электродвигателе НБ-415К составляет 130 °С.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В диссертации на основе блочной структуры разработана и обоснована универсальная модель эквивалентной тепловой схемы замещения тяговых коллекторных электродвигателей локомотивов, которая позволила составить программу расчета нестационарного теплового состояния указанного класса электрических машин. Отличительные особенности различных типов электродвигателей определяются тепловыми схемами замещения соответствующих блоков. При переходе от одного типа двигателя к другому изменяются только схемы замещения отдельных блоков внутри обобщающей эквивалентной тепловой схемы с универсальной структурой.

2. Применительно к универсальной тепловой схеме замещения была разработана эквивалентная гидравлическая схема охлаждения соответствующего класса электродвигателей, а также сформулирована система уравнений, решение которой сделало возможным определение расходов и скоростей воздуха во всех ветвях гидравлической схемы (каналах системы охлаждения электродвигателя).

3. Для реализации программы расчета универсальной тепловой схемы замещения была разработана система таблиц для хранения физических свойств материалов и геометрических параметров конструкции, имеющая древовидную структуру связей.

4. Анализ адекватности разработанной универсальной тепловой схемы замещения реальному объекту был выполнен на примере тепловых расчетов

тяговых электродвигателей НБ-418К, ЭД118А, ТЛ-2К и НБ-514 путем сопоставления расчетных значений превышений температур обмоток тяговых электродвигателей с результатами тепловых испытаний и расчетно-экспериментальными характеристиками указанных электродвигателей, приведенных в специальной литературе и, в частности, в «Правилах тяговых расчетов для поездной работы».

5. Результаты сопоставления данных, полученных расчетом универсальной тепловой схемы замещения с учетом корректировки блоков применительно к соответствующему типу электродвигателя показали, что универсальная тепловая схема замещения с блочной структурой может быть использована в качестве базовой модели для расчета нестационарного теплового состояния широкого спектра типов электродвигателей коллекторного типа во всем рабочем диапазоне их нагрузки и температуры окружающего воздуха, а методику подхода к составлению универсальной тепловой схемы замещения имеет смысл использовать также для разработки универсальной тепловой схемы группы электродвигателей принципиально другого типа (например, асинхронных).

6. Расчеты эквивалентных тепловых схем электродвигателей НБ-418К, ЭД118А, ТЛ-2К, НБ-514 позволили установить, что максимальное значение температуры элемента конструкции электродвигателя может существенно отличаться от его среднего значения, рассчитанного на основании данных измерения электрического сопротивления этого элемента (например, для обмотки якоря электродвигателя в зависимости от нагрузки это расхождение может достигать 20 °С и более).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Платов Н. А. Разработка эквивалентной тепловой схемы замещения якоря тягового электродвигателя на основе блочной структуры // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. - №2. - с.6-8.

2. Платов Н. А. Применение блочной структуры для разработки эквивалентной тепловой схемы замещения главного и добавочного полюсов тягового электродвигателя. // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. -№3.-с.27-31.

3. Платов Н. А., Минаев Б. Н. Применение блочной структуры для разработки эквивалентной тепловой схемы замещения тягового электродвигателя // «Ттапь-МесЬ-Ап-СЬет» // Труды V Международной научно-практической конференции. - М.: МИИТ, 2008. - с. 189-190.

4. Платов Н. А. Разработка эквивалентной тепловой схемы замещения электродвигателя для привода машин и механизмов. // XII Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» Материалы конференции. М.: МГСУ, 2008. - с. 141-143.

5. Платов Н. А. Минаев Б. Н. Элементы универсальной модели для тепловых расчетов тяговых электродвигателей локомотивов. // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2007 «Наука МИИТа -транспорту», часть 2. - М.: МИИТ. 2007 г., с. 1У-30.

6. Платов Н. А. Выбор оптимального набора исходных данных при формулировке условий однозначности и математического метода для определения температурного поля в тяговом электродвигателе с использованием блочной структуры тепловой схемы замещения. // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. - №5. - с. 20-22.

7. Платов Н. А. Минаев Б. Н. Разработка универсального метода тепловых расчетов тяговых электродвигателей на основе блочного подхода при

составлении эквивалентных тепловых схем замещения. // Труды научно. практической конференции Неделя науки - 2008 «Наука МИИТа -транспорту», часть 2. - М.: МИИТ. 2008 г., с IV-42. 8. Минаев Б. Н. Платов Н. А. Расчет температурного поля электромашины. // Мир транспорта. - 2009. №1. - с. 42-49.

РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

ПЛАТОВ НИКОЛАИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

Объем 1,5п.л. Заказ -A-Zi,

Подписано в печать 09, 2009 г.

Формат бумаги: 60x84 I/I6 Тираж 80 экз.

127994, Москва, ул. Образцова, 9 стр. 9. Типография МИИТ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЦЕЛИ И ЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ; ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИХ НАДЕЖНОСТЬ.

1.1 Факторы, определяющие надежность и срок службы тягового электродвигателя.

1.2 Анализ надежности и теплового состояния тяговых электродвигателей в условиях эксплуатации.

1.3 Анализ работы систем охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов.

1.4 Цели и значение теплового расчета при проектировании и эксплуатации тяговых электродвигателей.

1.5 Выводы по главе 1.

2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ

ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

2.1 Экспериментальное определение температурных полей.

2.2 Определение превышений температуры активных элементов тяговых электродвигателей в условиях эксплуатации.

2.3 Определение превышения температуры активных частей электродвигателя с помощью кривых нагревания и охлаждения.

2.4 Аналитическое определение превышений температуры активных частей тягового электродвигателя.

2.5 Выводы по главе 2.

3. РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

НА ОСНОВЕ БЛОЧНОЙ СТРУКТУРЫ.

3.1 Математическое описание процессов теплообмена в тяговом электродвигателе.

3.1.1 Процессы теплообмена в элементах конструкции электродвигателя.

3.1.2 Процессы теплообмена в охлаждающем воздухе.

3.2 Универсальная модель для тепловых расчетов тягового электродвигателя.

3.2.1 Блок якоря тепловой схемы замещения.

3.2.2 Блок главного полюса тепловой схемы замещения.

3.2.3 Блок добавочного полюса тепловой схемы замещения.

3.2.4 Обобщенная тепловая модель тягового электродвигателя постоянного или пульсирующего тока на основе блочной структуры.

3.3 Методы расчета тепловыделений в узлах тягового электродвигателя.

3.4 Методы расчета теплопередачи между узлами электродвигателя.

3.5 Вентиляционный расчет тягового электродвигателя.

3.6 Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ

РАСЧЕТА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТЯГОВОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЛОКОМОТИВА.

4.1 Численные методы для тепловых расчетов электрических машин.

4.2 Реализация программного обеспечения для расчета универсальной модели тепловой схемы замещения тяговых электродвигателей.

4.3 Выводы по главе 4.

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ.

ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМ

КОЛЛЕКТОРНОГО ТИПА.

5.1 Результаты теплового расчета электродвигателя НБ-418К.

5.2 Результаты теплового расчета электродвигателя ЭД118А.

5.3 Результаты теплового расчета электродвигателя ТЛ-2К.

5.4 Результаты теплового расчета электродвигателя НБ-514.

5.5 Выводы по главе 5.

Железнодорожный транспорт играет важнейшую роль в развитии хозяйственно-экономического комплекса России. На железнодорожный транспорт приходится до 85% грузовых и до 60% пассажирских перевозок, выполняемых в стране [1]. К настоящему времени в тяговом подвижном составе преобладают локомотивы, построенные более 20 лет назад. В течение всего жизненного цикла на содержание и ремонт локомотивов (в том числе, тяговых электродвигателей) уходит до 64% всех эксплуатационных расходов, из которых свыше 35% - на электроэнергию и топливо [2]. Износ основных фондов в локомотивном хозяйстве превысил 65%. Для того, чтобы снизить темпы старения парка локомотивов, руководство Российских железных дорог приняло программу, связанную с продлением срока службы локомотивов.

К проектированию и созданию перспективного подвижного состава с тяговым электроприводом предъявляется ряд важных требований. К этим требованиям относятся, в частности, внедрение на железнодорожном транспорте асинхронных тяговых электродвигателей и изоляции класса не ниже Н. Однако, асинхронный тяговый привод требует разработки, а также массового производства недорогих и надежных электронных преобразователей. В настоящее время для тягового электропривода применяются в основном коллекторные электродвигатели.

Как показали результаты анализа технического состояния локомотивного парка страны самыми ненадежными узлами в силовых цепях локомотива (по количеству отказов) являются электрическая аппаратура и изоляционные конструкции тяговых электродвигателей [6].

Тяговые электродвигатели локомотивов работают в большом диапазоне изменения нагрузок и температуры наружного воздуха [3]. Температурный режим -это один из главных факторов, определяющих надежность и срок службы электродвигателя. Поэтому разработка системы расчета и анализа температурного поля в элементах его конструкции является актуальной задачей, решение которой обеспечивает значительный экономический эффект от увеличения надежности и срока службы основного оборудования локомотива [4].

В настоящее время расход воздуха в системах охлаждения тяговых электродвигателей практически не связан с температурой элементов двигателей, их токовой нагрузкой и температурой охлаждающего воздуха [5]. Развитие поездной тяги способствовало повышению агрегатной мощности электродвигателей. Однако, ограничения на их габариты и массу привели к возрастанию нагрузки активных элементов и, как следствие, к интенсификации охлаждения. В связи с этим становится острой проблема создания такой системы охлаждения тяговых электродвигателей, в которой расход охлаждающего воздуха должен изменяться в зависимости от температуры его элементов. Разработке таких систем было посвящено несколько исследований [2, 5-7]. Большим преимуществом регулирования расхода охлаждающего воздуха в зависимости от теплового состояния тяговых электродвигателей является уменьшение диапазона и амплитуды колебаний температуры элементов их конструкции в процессе эксплуатации.

Так как температура активных частей тяговых электродвигателей является одним из важнейших факторов, определяющих нагрузку локомотива, то, следовательно, обоснованный выбор параметров охлаждения при проектировании и эксплуатации тягового привода может значительно повысить его надежность и срок службы, а также экономичность работы системы охлаждения в целом.

Несмотря на большое количество известных методов непосредственных и косвенных измерений локальных или средних температур обмоток (неподвижных и вращающихся), только расчет температурных полей для различных режимов эксплуатации тяговых электродвигателей позволяет оптимизировать работу вентиляционной установки.

В условиях эксплуатации тяговые электродвигатели локомотивов работают на переменных нагрузках. Эти нагрузки могут быть выше и ниже номинальной. Как правило, системы охлаждения тягового привода реализуют расходы воздуха, позволяющие обеспечить температуры элементов электродвигателей в номинальных режимах их работы не выше допустимых значений для применяемых классов изоляции. Существующие системы охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов не гарантируют поддержание температуры обмоток на допустимом уровне во всем диапазоне возможных нагрузок. Опыт эксплуатации показывает, что более низкая надежность из-за возможных перегревов обмоток сверх допустимых значений свойственна тяговым электродвигателям тепловозов. Следует заметить при этом, что затраты энергии на охлаждение оборудования электровоза достигают 15%[3] от соответствующих затрат на тягу. На тепловозе затраты мощности на охлаждение тягового электрооборудования составляют до 6%[8] от мощности энергетической установки. Поэтому системы охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов должны быть спроектированы с учетом выполнения требований не только эффективности, но также экономичности их работы.

Принципиально, регулирование производительности системы охлаждения тягового электродвигателя должно осуществляться в соответствии с его тепловым состоянием, зависящем от режима работы локомотива. В частности, когда тяговый электродвигатель работает на мощности меньше номинальной, для экономии энергии следует уменьшить расход охлаждающего воздуха. Кроме того, поддержание определенной температуры обмоток позволяет в холодный период года понизить вероятность отказа электродвигателя из-за увлажнения его изоляции.

Вообще говоря, ресурс изоляции обмотки зависит от ряда факторов, например, температуры, влажности, механических воздействий и т. д. [4]. Тем не менее, к числу наиболее важных факторов, определяющих ресурс изоляции обмоток можно отнести, прежде всего, температурные условия их работы. Из-за того, что тяговый электродвигатель неоднороден по своей конструкции, распределение температуры даже в его отдельных элементах, например обмотке, может быть крайне неравномерным. Ресурс изоляции обмоток будет определяться наиболее нагретым ее участком, что и доказывается опытом эксплуатации тяговых электродвигателей, так как отказы из-за снижения электрической прочности изоляции происходят в конкретных частях обмотки.

В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируется локомотивы нескольких серий, которые оборудованы тяговыми электродвигателями различных конструкций. В связи с этим при заданном режиме работы локомотива каждой модели электродвигателя соответствует, строго говоря, собственное распределение температуры в пространстве объема электродвигателя. Такое распределение (поле) температуры может быть получено, в частности, на основании расчета тепловой схемы замещения, которая должна быть адекватна рассматриваемой конструкции тягового электродвигателя.

С другой стороны, электрические машины даже различных типов содержат много «похожих» конструкционных элементов и аналогичных связей. Это позволяет поставить задачу о разработке некоторой универсальной модели для расчета температурного поля в электрической машине, которая может быть легко адаптирована к соответствующей конструкции тягового электродвигателя.

Решению указанной задачи посвящено основное содержание диссертационной работы.

5.5 Выводы по главе 5. Содержание главы 5 подтверждает целесообразность применения методики расчета эквивалентных тепловых схем тяговых электродвигателей локомотивов, основанной на разработке и использовании универсальной тепловой схемы замещения с блочной структурой.

При расчете эквивалентных тепловых схем двигателей НБ-418К, ЭД118, TJI-2K, НБ-514 коллекторного типа в качестве базовой модели использована универсальная тепловая схема замещения, которая представлена и рассмотрена в гл. 3.

Особенности конструкции отдельных электродвигателей отражены в соответствующих схемах блоков универсальной тепловой схемы замещения. В 1

H 1 i il 1 r 1 r t t j ! f / t / / / / / / / / / / S t / / / / ✓ / у s s f s / / / ' / s S . S / s У S

С-'- ✓ /— частности, корректировка блоков обмотки якоря заключается только в изменении количества проводников внутри обобщающей схемы блока в зависимости от типа тягового электродвигателя локомотива.

Результаты сопоставления данных, полученных расчетом универсальной тепловой схемы замещения с учетом корректировки блоков применительно к соответствующему типу электродвигателя, позволяют сделать вывод о том, что универсальная тепловая схема замещения с блочной структурой может быть использована в качестве базовой модели для расчета широкого спектра типов электродвигателей коллекторного типа, а методику подхода к составлению универсальной тепловой схемы замещения имеет смысл использовать для разработки универсальной тепловой схемы группы электродвигателей принципиально другого типа (например, асинхронных).

Кроме того, расчеты эквивалентных тепловых схем указанных типов электродвигателей позволили установить, что максимальное значение температуры элемента конструкции электродвигателя может существенно отличаться от его среднего значения, рассчитанного на основании данных измерения электрического сопротивления этого элемента (например, для обмотки якоря электродвигателя в зависимости от нагрузки это расхождение может достигать 20 °С и более).

166

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. В диссертации на основе блочной структуры разработана и обоснована универсальная модель эквивалентной тепловой схемы замещения тяговых коллекторных электродвигателей локомотивов, которая позволила составить программу расчета нестационарного теплового состояния указанного класса электрических машин. Отличительные особенности различных типов электродвигателей определяются тепловыми схемами замещения соответствующих блоков. При переходе от одного типа двигателя к другому изменяются только схемы замещения отдельных блоков внутри обобщающей эквивалентной тепловой схемы с универсальной структурой.

2. Применительно к универсальной тепловой схеме замещения была разработана эквивалентная гидравлическая схема охлаждения соответствующего класса электродвигателей, а так же сформулирована система уравнений, решение которой сделало возможным определение расходов и скоростей воздуха во всех ветвях гидравлической схемы (каналах системы охлаждения электродвигателя).

3. Для реализации программы расчета универсальной тепловой схемы замещения была разработана система таблиц для хранения физических свойств материалов и геометрических параметров конструкции, имеющая древовидную структуру связей.

4. Анализ адекватности разработанной универсальной тепловой схемы замещения реальному объекту был выполнен на примере тепловых расчетов тяговых электродвигателей НБ-418К, ЭД118А, ТЛ-2К и НБ-514 путем сопоставления расчетных значений превышений температур обмоток тяговых электродвигателей с результатами тепловых испытаний и расчетно-экспериментальными характеристиками указанных электродвигателей, приведенных в специальной литературе и, в частности, в «Правилах тяговых расчетов для поездной работы».

5. Результаты сопоставления данных, полученных расчетом универсальной тепловой схемы замещения с учетом корректировки блоков применительно к соответствующему типу электродвигателя показали, что универсальная тепловая схема замещения с блочной структурой может быть использована в качестве базовой модели для расчета нестационарного теплового состояния широкого спектра типов электродвигателей коллекторного типа во всем рабочем диапазоне их нагрузки и температуры окружающего воздуха, а методику подхода к составлению универсальной тепловой схемы замещения имеет смысл использовать также для разработки универсальной тепловой схемы группы электродвигателей принципиально другого типа (например, асинхронных).

6. Расчеты эквивалентных тепловых схем электродвигателей НБ-418К, ЭД118А, TJ1-2K, НБ-514 позволили установить, что максимальное значение температуры элемента конструкции электродвигателя может существенно отличаться от его среднего значения, рассчитанного на основании данных измерения электрического сопротивления этого элемента (например, для обмотки якоря электродвигателя в зависимости от нагрузки это расхождение может достигать 20 °С и более).

1. Фролов Н. О. Оптимизация изоляционных структур тяговых электродвигателей локомотивов: диссертация . кандидата технических наук. Екатеринбург, 2004.

2. Попов Ю. В. Совершенствование исполнительно-регулирующих устройств локомотивных систем регулирования температуры, содержащих осевые вентиляторы: диссертация . кандидата технических наук. Москва, 2007.

3. Некрасов О. А., Лисицын А. Л., Мугинштейн Л. А., Рахманинов В. И. Режимы работы магистральных электровозов. Под ред. Некрасова О. А. М.: Транспорт, 1983.-213 с.

4. Ермолин Н. П., Жерихин И. П. Надежность электрических машин. Л., «Энергия», 1976. 248 е., ил.

5. Космодамианский А. С. Теоретические основы и разработка систем регулирования температуры тяговых электрических машин локомотивов: диссертация . доктора технических наук. Москва, 2002

6. Орленко А. И. Энергосбережение в цепях вспомогательных машин электровозов переменного тока на основе ступенчатого управления производительностью вентиляторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Иркутск, 2004, 189 с.

7. Логинова Е. Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Москва, 2000. 320 с.

8. Кузьмич В. Д. Вспомогательное оборудование тепловозов и потребляемая им мощность // «Вспомогательное оборудование тепловозов» // Научн. тр. Моск. Ин-та инж. Ж-д. трансп. (МИИТ). 1971. Вып. 394. с. 3-16.

9. Исследование путей совершенствования методов испытания и контроля изоляции электрических машин, трансформаторов, конденсаторов: Отчет о НИР / Новосибирск, электротехн. ин-т связи (НИЭИС); Руководитель

10. Горбунов Ю. К.; ГР 01850065632; Инв. № 02880914844, Новосибирск, 1987. -46 с.

11. Ю.Гольдберг О. Д. и др. Автоматизация контроля параметров и диагностикаасинхронных двигателей. -М.: Энергоатомиздат, 1991. — 158 с. П.Гольдберг О. Д. Испытания электрических машин. М.: Высш. шк., 1990. — 254 с.

12. Гольдберг О. Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. М.: Энергия, 1968.-176 с.

13. Сканави Г. И. Физика диэлектриков (область сильных полей). М.: Физико-математическая литература. 1958. 907 с.

14. Вайда Д. Исследование повреждений изоляции. Пер. с венг. Под. общей ред. Д. В. Разевита. М.: Энергия, 1968. 400 с.

15. Ильченко Н. С., Кириленко В. М. Полимерные диэлектрики. Киев: Техника. 1977.- 158 с.

16. Идиятуллин Р. Г. Надежность тяговых электрических машин. Ташкент.: Мехнат. 1987.-152 с.

17. И.Космодамианский А. С. Теоретические основы и разработка систем регулирования температуры тяговых электрических машин локомотивов: диссертация . доктора технических наук. Москва, 2002. — 285 с.

18. Филиппов И. Ф. Вопросы охлаждения электрических машин М - Л.: «Энергия», 1964, - 330 с.

19. Галушко А. И, Максимова И. С., Оснач Р. Г., Хазановский П. М. Надежность изоляции электрических машин. -М.: Энергия. 1979. 176 с.

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

21. Некрасов О. А., Каптелкин В. А. и др. Регулирование производительности вентиляторов на электровозах переменного тока // Труды ЦНИИ МПС, 1974. Вып. 514.-е. 10-20.

22. Скворцов А. А. Особенности увлажнения электрической изоляции при колебаниях температуры // Вестник ВНИИ ж.-д. трансп. (ВНИИЖТ). М.: Транспорт, 1979. - Вып. 617.-е. 23-25.

23. Сонин В. С. Оценка эксплуатационной надежности электровозов / Повышение эффективности использования электровозов на дорогах Урала и Сибири / Под. ред. Ю. Н. Виноградова // Труды ВНИИЖТ, 1963. Вып. 226. с. 37-64.

24. Смирнов В. П. Стабилизация температуры тяговых двигателей электровозов. / Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и

25. Дальнего востока // Тезисы докл. Всероссийский науч.-практ. конф. Хабаровск: ДВГУПС. 2001. Т. 1 с. 31-33.

26. Юренков М. Г. Анализ надежности изоляции тяговых электродвигателей НБ-406 / Исследование работы электрооборудования и вопросы прочности электроподвижного состава// Научн. тр. ОмИИТа. Омск, 1974. т. 163.-е. 5862.

27. Макаров В. В., Смирнов В. П., Шитиков А. С. О надежности электрического оборудования магистральных электровозов ВСЖД // Сб. науч. Тр. ИрИИТ. 1998.-е. 42-46.

28. Юренков М. Г. Анализ влияния условий эксплуатации на надежность тяговых электродвигателей / Исследование работы электрооборудования и вопросы прочности электроподвижного состава//Науч. тр. ОмИИТа. Омск, 1975. т. 171. -с. 57-60.

29. Блудов Л. С. Методика оценки срока службы электрической изоляции в случае нестационарного температурного режима // Тр. ВЭЛНИИ, 1968. т. 10. с. 224228.

30. Смирнов В. П. Режимы работы оборудования электровозов переменного тока ВСЖД // Транспортные проблемы Сибирского региона: Сб. науч. тр. Иркутск: ИрИИТ, 2001. ч. 1.-е. 92-96.

31. Смирнов В. П. Система стабилизации температуры тяговых двигателей // Барнаул: Вестник АлГТУ, 2001, № 1. с. 74-76.

32. Васильев Ю. К., Богаенко И. Н. Экспериментальное исследование нагревания и вентиляции тягового двигателя магистральных электровозов // Электричество, 1964. №2.-с. 32-37.

33. Базуткин В. В., Ларионов В.П, Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1986.-464 с.

34. Повышение надежности и эффективности работы электрических машин // Тр. Ростовского ин-та инж. ж.-д. трансп. (РИИЖТ). Под ред. В. А. Глебова. // Ростов: 1965. Вып. 53.

35. Коварский Е. М., Янко Ю. И. Испытания электрических машин. М.: «Энергоатомиздат», 1990. -320 е., ил.

36. Немухин В. П., Яковлев В. Н. Эффективность применения нагревостойкой изоляции в тяговых электрических машинах тепловозов. М.: «Транспорт», 1976. 47 с.

37. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287 с.

38. ГОСТ 2582-81 Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия.

39. Курочка А. Л. И др. Исследование высоковольтных электрических машин постоянного и пульсирующего тока. М.: «Энергия». 1975. 192 с. с ил.

40. Кузьмич В. Д. Совершенствование системы охлаждения тяговых электрических машин тепловозов: Автореф. дисс. . докт. техн. наук, М., 1978, 33 с.

41. Куликов Ю. А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов. — М.: Машиностроение, 1988. 280 с.

42. Башков В. М., Щетинин В. Г. Влияние расхода охлаждающего воздуха на срок службы изоляции тяговых электрических машин / Луганск. Машиностр. Ин-т (ЛМСИ). Луганск, 1989. - 7 е.: Деп. В УкрНИИНТИ 2.11.89, № 2400-Ук 89.

43. Рахманинов В. И. Исследование автоматизации и эффективности применения средств экономии электроэнергии на электровозах: Автореферат дис. . канд. техн. наук. М. 1977. 18 с.

44. Скогорев И. В., Федюков Ю. А. Диапазон частот температурных колебаний обмоток электрических машин / Известия Сев.-Кавказ. Науч. центра высш. Шк. / Технич. Науки. 1985. - №2. - с. 29-31.

45. Некрасов О. А., Рахманинов В. И. Контроль нагревания тяговых двигателей в эксплуатации // Вестник ВНИИ ж.-д. трансп. (ВНИИЖТ). м.:, Транспорт, 1975. -№1.-с. 11-16.

46. Скогорев И. В. Система охлаждения электрооборудования для холодного климата // Электровозостроение / Тр. всес. научн.-иссл. Проект.-констр. и технол. Ин-та электровозостр. — Новочеркасск. 1982. - №22. — с. 20-33,

47. Исследование загруженности электрических машин магистральных тепловозов и пути улучшения их использования: Отчет о НИР / Всес. науч. иссл. Тепловозн. ин-т (ВНИТИ); И-117-77; Инв. №Б647154, Коломна, 1977.

48. Скогорев И. В. Пути экономии электроэнергии в системах охлаждения электровозов // Известия вузов. Электромеханика. 1983. - №11. — с. 82-86.

49. Рахманинов В. И. Исследование автоматизации и эффективности применения средств экономии электроэнергии на электровозах: Автореферат дис. . канд. техн. наук. М. 1977. 18 с.

50. Торба С. В. Повышение экономичности режимов охлаждения тягового электрооборудования электровоза переменного тока: Автореферат дис. . канд. техн. наук. М., 1989. - 22 с.

51. Чернохлебов В. Е., Помалюк В. Н., Павленко В. Н. Тепловой контроль тяговых двигателей. // Электровозостроение. Новочеркасск, 1983. - Вып. 23. с. 85-92.

52. Мирошниченко Р. И., Некрасов О. А. Условия работы тяговых электрических машин по напряжению // Перспективный электроподвижной состав // Тр. ВНИИ ж.-д. трансп. (ВНИИЖТ). М.: Транспорт, 1973. - Вып. 416, с. 108-125.

53. Скогорев И. В., Федюков Ю. А. Критерии для оценки тепловой нагрузки обмоток тяговых электродвигателей в эксплуатации / Известия Сев.-Кавказ. Науч. центра высш. шк. / Технич. науки. 1985. - №1. — с. 27-31.

54. Рахманинов В. И. Автоматическое регулирование производительности мотор-вентиляторов // Электрическая и тепловозная тяга. М.: Траспорт. — 1975. -№7. - с. 43-45.

55. Гордеев И. П. Повышение надежности изоляции тяговых силовых цепей локомотивов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Самара, 2006. 305 с.

56. Михайловский Л. В., Исаев В. Ф., Лорман Л. М. и др. Система АСУВ для электровоза ВЛ 10-У // Локомотив. 2003. - №4, с.26-27.

57. Михайловский Л. В., Исаев В. Ф., Лорман Л. М. и др. Система АСУВ для электровоза ВЛ 10-У // Локомотив. 2004. - №2, с.29-31.

58. Михайловский Л. В., Исаев В. Ф., Лорман Л. М. и др. Система АСУВ для электровоза ВЛ 10-У // Локомотив. 2004. - №6, с.32-33.

59. Ребрик Б. Н., Нестеров А. М. Снижать расход энергии на вентиляцию оборудования электровозов // Локомотив. М.: Транспорт. 1996. - №3. - с. 2325.

60. Шанченко П. А. Научно-технический прогресс в локомотивном хозяйстве // Обзорная информация, ЦНИИТЭИ МПС, 1987. Вып. 1. - 48 с.

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

62. Винокуров В. А., Попов Д. А. Электрические машины железнодорожного транспорта. — М.: Транспорт, 1986. 511 с.

63. Алексеев Е. А. Тяговые электрические машины и преобразователи. Л.: Энергия, 1977.-444 с.

64. Костенко М. П. Электрические машины. Специальная часть. Госэнергоиздат. 1949.

65. Постников И. М. Проектирование электрических машин. Гостехиздат: УССР, Киев. 1960. 436 с., ил.

66. Находкин М. Д. и др. Проектирование тяговых электрических машин. М.: Транспорт. 1967. 624 е., ил.

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

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

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

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

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

72. Гордов А. Н., Малков Я. В., Эргардт Н. Н. Точность контактных методов измерения температуры. М.: Из-во стандартов. 1976. 232 е., ил.

73. Кельтнер Бек Дж. Погрешности измерения температур поверхностей // Теплопередача. 1983. Т. 105. №2. с. 98-106.

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

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

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

77. Гнездилов Б. В., Егоров А. Я. Исследование нагревания уравнительных соединений тепловозных тяговых электродвигателей // «Совершенствованиетепловозных электропередач» // Науч. тр. ЦНИИ ж.-д. трансп. (ЦНИИ МПС). 1968 Вып. 349. с. 73-82.

78. Вайнштейн Б. 3. Устройства для дистанционного контроля и измерения температуры вращающихся частей электрооборудования / ГОСИНТИ. Обзоры по иежотрасл. Тематике. М., 1972. - Вып. 3. - с. 2-19.

79. Башков В. М., Щетинин В. Г. Влияние расхода охлаждающего воздуха на срок службы изоляции тяговых электрических машин / Луганск. Машиностр. Ин-т (ЛМСИ). Луганск, 1989. - 7 е.: Деп. В УкрНИИНТИ 2.11.89, № 2400-Ук 89.

80. Рахманинов В. И. Исследование автоматизации и эффективности применения средств экономии электроэнергии на электровозах: Автореферат дис. . канд. техн. наук. М. 1977. — 18 с.

81. Гуревич Э. И., Рыбин Ю. Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. Л. Энергоатомиздат. Ленинградское отд-е 1983, 216 е., ил.

82. Алексеев Е. А. Тяговые электродвигатели. М.: Гос. трансп. жел. дор. издат., 1951.-484 с.

83. Шуйский В. П. Расчет электрических машин. Л.: Энергия, 1968. — 732 с.

84. Петров И. И., Мейстель А. М. Применение цепных экспоненциальных функций при расчете нагрева асинхронных короткозамкнутых двигателей // Электричество. 1965. №8. с. 15-18.

85. Петров И. И., Мейстель A.M. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М.: Энергия. 1968. 264 е., ил.

86. Бруснецов Л. В., Блудов Л. С., Сорокин В. А. Исследование нагрева изоляции тягового электродвигателя в эксплуатации // «Электровозостроение» // Науч. тр. ВНИИ электровозостроения (ВЭлНИИ). Ростов-на-Дону. 1976. Т. 16. с. 40-46.

87. Калмыков И. 3., Каплунов В. Б. Метод расчета допустимых кратковременных перегрузок по току электрических машин // «Крупные машины постоянного тока» // Научн. тр. Завода ЭЛЕКТРОТЯЖМАШ. Харьков. 1971. Т. 3. с. 115-124.

88. Сипайлов Г. А. и др. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / Г. А. Сипайлов, Д. И. Санников, В. А.

89. Жадан. М.: Высш. Шк. 1989. 239 е., ил.

90. Алексеев Е. А. Конструкция электрических машин. Изд. 2-е. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1958. 427 с.

91. Михеев М. А. Основы теплопередачи. Изд. 3-е. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1956. 392 с.

92. Некрасов О. А. Взаимосвязь между условиями работы электроподвижного состава и нагреванием обмоток тяговых двигателей // Тр. ВНИИ ж.-д. трансп. (ВНИИЖТ), 1977. Вып. 576. с. 40-65.

93. Некрасов О. А. Вспомогательные машины электроподвижного состава переменного тока. -М.: Транспорт, 1967. 168 с.

94. Перцовский М. Л. Расчет напряжения обмоток тяговых двигателей по методу тепловых параметров // Тр. ВНИИ ж.-д. трансп. (ВНИИЖТ). М.: Транспорт. 1965. - Вып. 286. - с. 52-70.

95. Некрасов О. А., Шевченко В. В. Нагревание асинхронных машин при стационарном тепловом режиме // Науч. тр. Моск. энергетического института (МЭИ). 1965. Вып. XXII. С. 136-148.

96. Некрасов О. А., Шевченко В. В., Рекус Г. Г. Методика определения тепловых параметров и расчет греющих потерь в асинхронных машинах // Известия вузов. Энергетика. 1964. №5. с. 13-16.

97. Седов В. И. Обобщенный подход к созданию математических моделей тяговых электродвигателей / В.И. Седов. // Электровозостроение: Сб. науч. тр. / ОАО"ВЭлНИИ". - Новочеркасск, 2003. - Т.45: Итоги работы института за 45лет. Новые разработки. - с. 220-234.

98. Платов Н. А. Разработка эквивалентной тепловой схемы замещения якоря тягового электродвигателя на основе блочной структуры // Электроника и электрооборудование транспорта. — 2008. №2. - с.6-8.

99. Платов Н. А. Применение блочной структуры для разработки эквивалентной тепловой схемы замещения главного и добавочного полюсов тягового электродвигателя. // Электроника и электрооборудование транспорта. -2008. -№3.-с.27-31.

100. Платов Н. А., Минаев Б. Н. Применение блочной структуры для разработки эквивалентной тепловой схемы замещения тягового электродвигателя // «Trans-Mech-Art-Chem» // Труды V Международной научно-практической конференции. -М.: МИИТ, 2008.-е. 189-190.

101. Платов Н. А., Минаев Б. Н. Элементы универсальной модели для тепловых расчетов тяговых электродвигателей локомотивов. // Труды научно-практической конференции Неделя науки 2007 «Наука МИИТа -транспорту», часть 2. - М.: МИИТ. 2007 г., с IV-30.

102. Минаев Б. Н. Платов Н. А. Расчет температурного поля электромашины. // Мир транспорта. 2009. №1. - с. 42-49.

103. Минаев Б. Н., Мокриденко Г. П., Левенталь Л. Я. Теплоэнергетика железнодорожного транспорта: Справочно-методическое пособие / Под общей ред. Б. Н. Минаева. М. МИИТ, 2006. - 345 с.

104. Борисенко А. И. Охлаждение промышленных электрических машин. М.: «Энергоатомиздат», 1983. - 296 с. ил.

105. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: «Мир», 1980., 612с.

106. Данилевич Я. Б., Кашарский Э. Г. Добавочные потери в электрических машинах. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1963. 214 с.

107. Исаченко В. П. и др. Теплопередача. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия. 1969. 440 е., ил.

108. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. / Под ред. М. О. Штейнберга. 3 изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 е., ил.

109. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978. - 512с.

110. Самарский A.A. Введение в численные методы.- М.: Наука, 1987. 459с.

111. Бахвалов, Н. С. Численные методы / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. Н. Кобельков. М: БИНОМ. Лаб. знаний, 2003. 632 с.

112. Самарский A.A. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971. — 552 с.

113. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1977. — 456 с.

114. Исмаилов, Ш. К. Повышение коммутационной устойчивости электродвигателей // Железнодорожный транспорт. 2005. - № 11. - С. 19-22.

115. Алексеев А. Е., Костенко М. П. Турбогенераторы. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1939. 348 е., ил.

116. Курочка А. Л., Зусмановская Л. Л. Увеличение срока службы тяговых электродвигателей. М., из-во «Транспорт», 1970 г., 136 с.