Дослідження теплових режимів у обмотках тягових електродвигунів при стохастичності змін рівнів навантаження

Abstract

Мета роботи: Підвищення експлуатаційної надійності та довговічності тягових електромеханічних систем шляхом комплексного аналізу теплових процесів у обмотках електродвигунів за умов динамічно змінного графіка навантаження та розробки рекомендацій щодо оптимізації систем охолодження, а також визначення закономірностей розподілу температурних полів у структурі обмоток тягових електродвигунів в умовах динамічної зміни тягових навантажень для розробки методів предиктивної діагностики та запобігання передчасному тепловому старінню ізоляції. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі завдання: Провести аналіз фізичної природи виділення теплоти (втрат енергії) в активних матеріалах тягових двигунів різних типів під час їх роботи на різних ділянках тягового циклу (розгін, вибіг, рекуперативне гальмування). Проаналізувати специфіку формування електричних (джоулевих) втрат в обмотках якоря (статора) та збудження під час характерних режимів роботи локомотива (рушання з місця, розгін, рух на затяжний підйом, вибіг). Розробити еквівалентну теплову схему заміщення електродвигуна, що враховує теплоємність міді обмоток, сталі магнітопроводу та тепловий опір ізоляційних матеріалів. Дослідити процеси теплопередачі між струмопровідними жилами, шарами корпусної ізоляції, магнітопроводом та охолоджувальним повітрям із урахуванням теплової інерції матеріалів. Дослідити перехідні теплові процеси за допомогою диференціальних рівнянь теплового балансу при випадкових та детермінованих коливаннях струму навантаження. Розробити динамічну теплову модель (еквівалентну теплову схему заміщення), яка дозволяє в режимі реального часу розраховувати температуру найбільш нагрітої точки обмотки на основі даних про поточний струм навантаження. Оцінити вплив пікових температурних перевантажень на швидкість теплового старіння електроізоляційних матеріалів (за законом Арреніуса). Оцінити вплив короткочасних пікових перевантажень на накопичений термомеханічний знос ізоляційних матеріалів різних класів нагрівостійкості. Запропонувати критерії вибору систем примусового охолодження (повітряного чи рідинного) залежно від класу нагрівостійкості ізоляції та очікуваної інтенсивності експлуатації. Сформулювати рекомендації щодо оптимізації алгоритмів мікропроцесорного захисту тягового приводу, які б враховували не лише миттєві значення струму, але й теплову передісторію двигуна.