Оптимизация изоляционных структур тяговых электродвигателей локомотивов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Фролов, Николай Олегович

• Фролов, Николай Олегович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фролов, Николай Олегович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗОЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

2.1 Разработка методов оценки потенциальной конфигурации поля в неоднородных слоистых диэлектриках.

2.2 Программа расчета распределения полей в изоляции пазовой части якорного проводника.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

В ТЯГОВОМ ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИИ.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ЯКОРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

4.1 Объект и задачи исследования.

4.2 Исследование распределения электрического поля в изоляционной системе ТЭД ТЛ-2К1 в исходном состоянии.

4.3 Исследования влияния эксплуатационных факторов на характер распределения слоевых потенциалов в изоляции тягового двигателя.

4.3.1 Исследование влияния теплового фактора на распределение электрического поля в изоляционной системе ТЭД.

4.3.2 Исследование влияния влажностного фактора на распределение электрического поля в якорной изоляции ТЭД.

4.3.3 Исследование влияния частоты вращения якоря на характер распределения электрического поля в изоляционной системе ТЭД.

4.3.4 Исследование распределения электрического поля в якорной изоляции ТЭД в неустановившихся режимах.

4.3.5 Исследование влияния вида напряжений на характер распределения электрического поля в изоляционной системе ТЭД.

4.3.6 Исследование влияния воздушных включений на характер распределения электрического поля в изоляционной системе ТЭД.

4.3.7 Исследование влияния места расположения ТЭД в схеме электровоза на характер распределения электрического поля в якорной изоляции.

4.3.8 Исследование влияния предварительной зарядки изоляции на характер распределения электрического поля в изоляционной системе ТЭД.

4.4 Распределение электрического поля в изоляции ТЭД при комплексном воздействии эксплуатационных факторов.

4.4.1 Совместное влияние теплового и влажностного факторов.

4.4.2 Совместное влияние теплового и частотного факторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация изоляционных структур тяговых электродвигателей локомотивов»

Российские железные дороги сохранили работоспособность и востребованность в непростых условиях перестройки экономики страны. В настоящее время на долю железнодорожного транспорта приходится до 85 % грузовых и до 60 % пассажирских перевозок, выполняемых в стране. Однако законы рынка неизбежно требуют снижения себестоимости перевозок, повышения производительности труда, рационального использования всех технических средств. Это достижимо за счет применения новых современных технологий.

Негативные тенденции в экономике страны на первом этапе реформ и значительное снижение спроса на перевозки отрицательно сказались на финансовом положении отрасли и вызвали значительное повышение уровня износа основных фондов, который в локомотивном хозяйстве превысил 65 %, в вагонном - 63 %, износ верхнего строения пути превысил 70 %. В связи с чем, работники железнодорожного транспорта принимают усиленные меры по продлению срока службы и обновлению технических средств и, прежде всего, тягового подвижного состава.

Для покрытия дефицита и снижения темпов старения парка локомотивов «Комплексной программой реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения на период 2001 - 2010 годов», решениями апрельской Коллегии 2002 года предусмотрено производство капитальных ремонтов с продлением срока службы локомотивов и утвержден типаж перспективного подвижного состава. Требования этого документа распространяются на научно-исследовательские, проектно-конструкторские и промышленные предприятия всех форм собственности, разрабатывающие, изготовляющие и поставляющие подвижной состав и оборудование для федерального железнодорожного транспорта.

4 Особые требования в процессе создания перспективного подвижного состава предъявляются к тяговому электрооборудованию и, прежде всего, к тяговому приводу. Суть этих требований - применение на большинстве вновь разрабатываемых электровозах и тепловозах асинхронных тяговых двигателей, что требует разработки надежных и недорогих электронных преобразователей, построенных на элементной базе отечественного производства. Пока промышленность не освоит выпуск тяговых преобразователей для питания бесколлекторных двигателей, локомотивы будут строиться с коллекторными двигателями. Класс изоляции обмоток тяговых двигателей - не ниже Н /87/.

В связи с чем, вопросам повышения эксплутационной надежности тяговых двигателей модернизируемых и вновь разрабатываемых локомотивов необходимо уделять самое пристальное внимание.

Анализ результатов многолетней эксплуатации отечественного тягового подвижного состава свидетельствует, что из всего многообразия элементов тягового электрооборудования наиболее низкой эксплутационной надежностью характеризуется высоковольтная изоляция, в особенности изоляция обмоток тяговых двигателей локомотивов, по причине пробоя которой происходит до 20 % отказов двигателей в эксплуатации.

Следует отметить, что стоимость высоковольтной изоляции в современных тяговых электрических машинах достигает 50 % от общей стоимости материалов, расходуемых на их производство, а восстановление отказавшей изоляции соизмеримо по стоимости с расходами на капитальный ремонт машины.

Для правильного выбора путей повышения эксплутационной надежности электрической тяговой изоляции, объективных методов диагностирования необходимо, прежде всего, изучить физическую сущность процессов, протекающих в изоляции под воздействием различных видов нагружений, выявить причины интенсивного снижения электрической прочности.

Практическому решению рассматриваемых вопросов уделяется большое вни-манйе как у нас в стране /5, 10, 11, 13 - 15, 21, 24, 25, 27, 30, 36, 38, 39, 41 - 43, 45, 47, 51 - 65, 67 - 86, 88,101 - 105/, так и за рубежом /8, 44, 66/.

Фундаментальными исследованиями физических процессов в твердых диэлектриках и механизмов их пробоя занимались зарубежные ученые: Г.И. Сканави, Д. Вайда. Вопросам структуры изоляции ТЭД локомотивов и ее эксплутационной надежности посвящены работы отечественных ученых: А.С. Курбасова, М.Д. На-ходкина, А.Е. Алексеева, А.Б. Иоффе, Г.Б. Дурандина, B.C. Сонина, В.М. Соболева,

М.Н. Новикова, А.С. Мазнева, Н.Д. Сухопрудского, М.Г. Дурандина, В.Ч. Оземб-ловского, А.А. Скворцова, Б.В. Гочуа, А.С. Серебрякова, В.К. Волкова и др.

Однако, несмотря на чрезвычайно большое количество теоретического и экспериментального материала, накопленного в течение последних 80 лет, процесс развития повреждений в неоднородных диэлектриках до конца не выяснен. Это связано с тем, что ухудшение свойств многослойных изоляционных конструкций в эксплуатации представляет собой сложный динамический процесс, а условия лабораторных исследований по моделированию этих процессов не всегда идентичны эксплутаци-онным.

В то же время, малоизученным вопросом в отношении составных и многослойных диэлектриков остаются общие закономерности распределения электрических потенциалов по компонентам неоднородной изоляционной системы.

Фундаментальная постановка подобной задачи по моделированию электрических полей в неоднородных диэлектриках сформулирована в работах Г.И. Сканави и Д. Вайды. Однако из-за необходимости проведения значительных объемов вычислений и низкого уровня развития вычислительной техники на тот период конечные расчетные выражения получены не были, а задача осталась на уровне общего описания и постановки.

В 80-ых годах прошлого столетия исследованиями закономерностей распределения электрического поля в многослойных изоляциях электрических машин большой мощности занимались ученые Уральского электромеханического института инженеров ж.д. транспорта (Г.Б. Дурандин, А.П. Сухогузов, B.C. Сонин, М.Г. Ду-рандин), Гомельского политехнического института (Ю.А. Рунов), Дальневосточного политехнического института (P.M. Гуменюк).

Характер распределения электрического поля в многослойной изоляции определяется относительным соотношением проводниковых и поляризационных свойств образующих ее компонентов, которое, в свою очередь, зависит от температуры, степени увлажнения, вида приложенного напряжения, а также от целого ряда факторов, определяемых конструкцией изоляции (тип и удельный объем слюдинитовой компоненты, тип подложки, вид и состояние связующего, характер дефектов и распределение их по объему и т.д.).

В силу сказанного, программа научных исследований, направленных на изучение физических процессов, протекающих в изоляции тяговых электрических машин под воздействием эксплутационных и технологических факторов, обязательно должна включать вопросы, связанные с изучением закономерностей распределения поля в неоднородных по составу и сложных по конструкции многослойных изоляциях.

Цель диссертационной рг,5оты состоит в повышении надежности работы якорной изоляции тяговых двигателей локомотивов за счет оптимизации распределения электрических нагрузок между компонентами изоляционной структуры и приведении в соответствие уровней потенциальных загрузки слоев изоляции их функциональному назначению.

Диссертационная работа включает в себя пять разделов:

1) состояние вопроса и постановка задач исследований. В разделе приводятся данные статистического анализа эксплутационной надежности якорной изоляции тяговых электродвигателей (ТЭД) электровозов, рассмотрены причины снижения ресурса эксплуатации изоляционных систем современных ТЭД, определяются общие пути повышения их эксплутационной надежности и формулируются конкретные задачи, решаемые в ходе настоящих исследований;

2) разработка математической модели многослойной изоляционной системы тягового двигателя локомотива. В основу модели легла методика расчета распределения нормальной составляющей вектора напряженности поля в неоднородных слоистых диэлектриках, разработанная к.т.н. Дурандиным М.Г. Методика позволяет проводить исследования закономерностей распределения полей и уровней потенциальной загруженности отдельных элементов в многослойных изоляциях тяговых двигателей с учетом всех особенностей в условиях их работы и нагружения. Поскольку методика не позволяла производить расчеты распределения поля в изоляции при импульсном характере приложенного напряжения, она дополнена расчетным выражением, позволяющим производить оценку потенциальной загрузки слоев от этого вида напряжения. Чтобы расчетная модель максимально была приближена к реальным условиям эксплуатации ТЭД локомотивов, учитывалось влияние теплового фактора - основного среди эксплутационных факторов - на характер распределения потенциалов в изоляции. Для получения сведений о распределении температур по слоям якорной изоляции в реальных режимах работы ТЭД, на основе методов тепловых схем замещения разработана методика расчета распределения теплового поля внутри изоляции пазовой части якорного проводника тяговых двигателей локомотивов. Математическая модель учитывает многослойность и неоднородность состава изоляционных систем, а также сложный порядок чередования компонентов внутри изоляционных конструкций современных ТЭД локомотивов. Разработанная модель легла в основу алгоритма программы для ЭВМ «Расчет изоляционной системы тяговых двигателей локомотивов», реализованном в среде «Visual Basic»;

3) исследование физических характеристик современных и перспективных изоляционных материалов применяемых в тяговом электромашиностроении. В разделе приводятся результаты статистической обработки следующих физических параметров исследуемых изоляционных покрытий, полученных экспериментальным путем на специально сконструированных опытных установках: толщина, коэффициент теплопроводности, предел пробивной прочности, удельная проводимость (у), относительная диэлектрическая проницаемость (е) и температурные зависимости y(t°) и e(t°), снятые в зоне рабочего диапазона температур ТЭД;

4) исследование потенциальных распределений по элементам изоляционной системы тягового двигателя постоянного тока. В разделе исследуются закономерности распределения электрического поля и уровней потенциальной загруженности отдельных элементов в многослойных изоляционных структурах на примере якорной изоляции ТЭД TJI-2K1 в исходном состоянии и с учетом 9-ти эксплутационных факторов (которые учитываются как по отдельности, так и в сочетании друг с другом), технологии изолировки якорного проводника и качества пропиточных операций;

5) оптимизация изоляционных структур тяговых двигателей локомотивов. По итогам проведенных исследований потенциальных распределений в слоистой изоляции, сформулированы методы и способы совершенствования изоляционных систем ТЭД локомотивов, на основе которых разработана новая структура якорной изоляции ТЭД постоянного тока TJI-2K1.

Большинство выводов и результатов работы получено с использованием средств вычислительной техники. Достоверность результатов исследований подтверждены с достаточной степенью точности посредством их сравнения с данными экспериментальных исследований, выполненных в лабораториях УрГУПС.

В качестве методологической основы при проведении измерений и обработке результатов использовались положения математической статистики /3, 7, 9, 17, 28, 35/.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими результатами:

1) разработана математическая модель теплового пазового поля якоря для расчета распределения тепловых потенциалов по компонентам неоднородной изоляции якорного проводника ТЭД локомотивов;

2) разработана математическая модель электрического пазового поля якоря тягового двигателя, позволяющая:

- оценивать и сопоставлять с пределом пробивной прочности уровни потенциальной загрузки каждой компоненты изоляционной системы якорного проводника при любой форме приложенного корпусного напряжения;

- исследовать закономерности распределения электрического поля по слоям якорной изоляции с учетом вариации ее структурного состава, технологических особенностей намотки на якорный проводник и качества пропиточных операций;

- исследовать закономерности распределения электрического поля по слоям якорной изоляции с учетом воздействия основных эксплутаци-онных факторов и условий работы ТЭД локомотивов на физические характеристики изоляционных компонент;

3) исследованы закономерности распределения электрического поля в типовой структуре якорной изоляции тягового двигателя постоянного тока TJI-2K1 в исходц, ном состоянии и с учетом влияния большинства эксплутационных и технологических факторов;

4) разработаны методологические принципы оптимизации структуры изоляционных покрытий для обмоток ТЭД и на их основе сформулированы рекомендации по формированию изоляционных покрытий тяговых электрических машин для существующих и перспективных локомотивов;

5) разработан вариант новой структуры якорной изоляции ТЭД постоянного тока TJI-2K1, оптимизированной по уровням потенциальной загрузки ее составляющих компонент, и исследованы основные закономерности распределения электрического поля в усовершенствованной структуре.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1) разработана методика расчета электрических и тепловых полей в слож-носоставных изоляционных покрытиях якорных проводников тяговых электродвигателей;

2) получены реальные электрические и тепловые характеристики типовых и перспективных изоляционных материалов, используемых при производстве тяговых электродвигателей локомотивов;

3) разработаны методологические принципы и практические рекомендации к формированию сложносоставных изоляционных систем для тяговых электродвигателей;

4) разработана прикладная программа расчета слоевых параметров распределения электрических и тепловых полей в якорной изоляции тяговых электродвигателей;

5) на основе разработанной программы исследованы фактические распределения электрических нагрузок по слоевым составляющим якорной изоляции тягового двигателя ТЛ-2К1, как в исходном состоянии, так и при воздействии основных эксплуатационных факторов нагружения.

Результаты выполненных исследований и разработок включены в перспективные планы реализации программы «Уральский электровоз» на Уральском заводе железнодорожного машиностроения и Екатеринбургском электровозоремонтном заводе.

В работе учитывались результаты научных исследований других авторов в области высоковольтной изоляции электрических машин /5, 8, 10, 11, 15, 24, 25, 27, 30,36, 38, 42,43, 45 - 47, 52 - 57, 59, 61 - 65, 68 - 86, 88 - 99, 101 - 105/, а также исследования в области физики диэлектриков /8, 14, 44/.

Основные положения диссертационной работы и ее результаты докладывались и обсуждались на кафедре «Электрическая тяга» УрГУПС (2002 - 2004 г.г.), конференциях «Молодые ученые - транспорту» (Екатеринбург, УрГУПС, 2001, 2003,2004 г.г.), «Ресурсосберегающие технологии на ж/д транспорте» (Челябинск,

ЧИПС - УрГУПС, 2002 г.), IV Международной научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту» (Екатеринбург, УрГУПС, 2003 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МГУПС, 2003 г.), IV Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава» (Новочеркасск, ВЭлНИИ, 2003 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития ж/д транспорта» (Екатеринбург, УрГУПС, 2003 г.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, СамГТУ, 2003 г.), XXXI Международной конференции и II Международной конференции молодых ученых «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Украина, Ялта - Гурзуф, 2004 г.).

Материалы диссертации опубликованы в 5 статьях сборников научных трудов, 3 тезисах к докладам и 1 журнальной статье.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 114 наименований. Общий объем диссертации - 167 е., в т.ч. 33 таблицы и 93 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Фролов, Николай Олегович

Результаты исследования влияния предварительной зарядки изоляции на характер распределения электрического поля в усовершенствованной изоляционной структуре при изменении характера корпусного напряжения амплитудой 4000 В с постоянно-переменного на импульсный (моделирование импульсных перенапряжений с амплитудой 10800 В) представлены в таблице 5.7, диаграммы процентного распределения межслоевых потенциалов на рисунке 5.22, распределения расчетных и пробивных напряженностей поля на рисунке 5.23. Для сравнительного анализа, на рисунке 5.24, построены кривые процентного распределения потенциалов, полученные в результате расчетов усовершенствованной и типовой структур изоляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По итогам проведенных исследований получены следующие результаты:

1) на основе теории поля и методов эквивалентных схем замещения создана математическая модель пазового поля якоря ТЭД локомотивов, позволяющая исследовать закономерности распределения поля в неоднородных многослойных изоляционных конструкциях тяговых электрических машин с учетом влияния эксплута-ционных факторов;

2) на основе математической модели разработана программа для ЭВМ «Расчет изоляционной системы тяговых двигателей локомотивов»;

3) экспериментально установлено, что:

- удельные проводимости (у) образцов типовых изоляционных материалов, образующих изоляционную систему современных ТЭД локомотивов, даже в исходном состоянии разбросаны в области значений от 0,001 то 5 пСм/м, т.е. у компонент якорной изоляции могут различаться до 6 тыс. раз. В зоне рабочих температур разброс значений у изоляционных покрытий может возрастать до 100 тыс. раз;

- полученные корреляционные температурные зависимости y(t°) и e(t°) для реальных образцов изоляционных покрытий сильно различаются по стабильности, значения у в зависимости от класса нагревостойкости материала увеличиваются от 250 до 70000 раз. Температурные зависимости y(t°) и e(t°) слюдинитовых лент ЛСЭП-934 и ЛСп - F-ТПл не соответствуют их классу нагревостойкости «F», т.к. при нагреве до 145 °С значения у первой ленты увеличиваются почти в 67 тыс. раз, а относительная диэлектрическая проницаемость (е) - более чем в 4 раза; у второй ленты у в среднем возрастает в 22 тыс. раз;

- наилучшей стабильностью характеризуются температурные зависимости слюдинитовой ленты ЛСп - Н-2Пл, значения у и г которой при нагреве до температуры 145 °С увеличиваются в среднем соответственно в 228 раз и на 13 %;

- изоляционные покрытия марки ЛСЭП-934 характеризуются большим разбросом значений предела пробивной прочности (от 12 до 48 кВ/мм), что свидетельствует о низком качестве изготовления изделий этого типа;

4) в исследованиях закономерностей распределения электрического поля в типовой структуре якорной изоляции ТЭД TJI-2K1 получены следующие результаты:

- в исходном состоянии наибольший уровень потенциальных нагружений (более 60 % от амплитуды корпусного напряжения) в изоляционной системе приходится на межвитковые, покровные и вспомогательные слои изоляции, что противоречит их функциональному назначению. Напротив, корпусные слои изоляции, которые по своему функциональному назначению должны образовывать изоляционный барьер корпусному напряжению, оказываются загруженными только на 39 % от приложенного напряжения, что составляет только 6 % от их пробивной прочности. Наибольшим среди слоев изоляции отношением потенциальной загрузки к пределу пробивной прочности (24 %) характеризуется слой покровной изоляции ЛЭС;

- в условиях воздействия теплового фактора наблюдается сильная степень искажения характера распределения слоевых потенциалов в изоляции на выстилке паза, на которую в длительном режиме работы электровоза с током якоря 410 А приходиться почти 70 % от приложенного напряжения, что составляет свыше 58 % от предела ее пробивной прочности; при этом корпусная изоляция разгружается до 6%;

- в условиях увлажнения внешних слоев изоляции характер распределения потенциалов в сильной степени искажается на межвитковой изоляции и слое, стягивающего ее, бандажа, на которые приходится свыше 51 % от амплитуды корпусного напряжения, что составляет более 22 % от предела пробивной прочности межвитковой изоляции;

- в неустановившихся режимах работы межвитковая изоляция принимает свыше 19 % от приложенного напряжения, корпусные слои - более 46 % и покровная изоляция -18%, что составляет свыше 95 % от ее предела пробивной прочности. В установившемся режиме эти соотношения составляют соответственно 35 %, 21 % и 4,5 %, при этом более 32 % приходиться на выстилку паза;

- воздушные включения в изоляционной структуре, пока сохраняются изолирующие свойства воздуха, забирают 31 % от приложенного напряжения, что значительно искажает характер распределения потенциалов на остальных слоях якорной изоляции;

- в условиях предварительной зарядки изоляции наблюдается сильная степень искажения характера распределения потенциалов при перегруппировках ТЭД, например, после перегруппировки с сериес-параллельного соединения на параллельное, в якорной изоляции ТЭД, занимающим второе место в схеме электровоза, 46 % от корпусного напряжения прикладывается к межвитковой изоляции, что составляет свыше 11 % от предела ее пробивной прочности;

- чем дальше в схеме ТЭД находиться от токоприемника, тем лучше характер распределения потенциалов между слоями его якорной изоляции. При последовательном соединении 8-ми тяговых двигателей, в якорной изоляции 1-го ТЭД 37,5 % от приложенного напряжения прикладывается к корпусной изоляции, 32,5 % к межвитковой, а на 8-ом ТЭД эти показатели соответственно составляют 42 % и 26,5 %;

- наихудшие тенденции распределения электрического поля в изоляции наблюдаются в условиях комплексного воздействия теплового и влажностного факторов, при этом уровень приложенного напряжения на внутренних слоях изоляции составляет свыше 87 %, из которых 64 % приходится на межвитковую изоляцию и достигает 30 % от предела ее пробивной прочности.

5) разработаны методологические принципы подбора изоляционных покрытий для сложных изоляционных конструкций и на основе их предложены способы формирования изоляционных систем ТЭД локомотивов, которые были применены в модернизации состава якорной изоляции тягового двигателя постоянного тока TJI-2K1. Принципиальные отличия новой структуры изоляции перед существующей сводятся к следующему:

- применение в корпусной изоляции перспективной слюдинитовой ленты класса нагревостойкости «Н» типа ЛСп - Н-2Пл, разработанной в ЗАО «Диэлектрик»;

- намотка корпусных слоев изоляции на якорный проводник встык;

- отсутствие стеклолент типа ЛЭС в покровных слоях изоляции;

- намотка лавсановой ленты ПЭТФ, стягивающей слои корпусной изоляции, в перекрышу.

6) исследования закономерностей распределения электрического поля в новой изоляционной структуре свидетельствуют о значительном улучшении характера распределения потенциалов по сравнению с существующей структурой, как в исходном состоянии, так и с учетом влияния основных эксплутационных факторов, что подтверждается следующими результатами:

- наибольшие уровни потенциальных нагружений, от 40 % в нагретом состоянии до 83 % при комплексном влиянии теплового и влажностного факторов, приходятся на корпусные слои изоляции, что соответственно в 7 и 9 раз выше, чем в существующей структуре;

- уровни потенциальной загрузки межвитковой и покровных слоев изоляции относительно существующей структуры снижаются в среднем соответственно в 2,6 и 1,6 раза;

• - при влиянии основных эксплутационных факторов - нагрев и увлажнение -потенциальная загрузка корпусных слоев изоляции не опускается ниже 40 % от амплитуды приложенного напряжения, а при совместном влиянии этих факторов даже увеличивается до 83 %, что в 1,5 раза больше, чем в исходном состоянии. Т.е., при комплексном воздействии на характер распределения электрического поля в модернизированной структуре изоляции, тепловой и влажностный факторы не только компенсируют искажающее влияние друг друга, но и улучшают исходное распределение потенциалов.

Экспериментальное сравнение свойств новой и существующей якорной изоляции тягового электродвигателя TJI-2K1 установило, что средний предел пробивной прочности секций с новой изоляцией почти на 7% выше, а средняя амплитуда протекания частичных разрядов на 40% ниже, чем у секций с существующей изоляцией.

По результатам предварительных испытаний Екатеринбургский электровозо-ремонтный завод и ОАО «Уральский завод железнодорожного машиностроения» в рамках научно-технического сотрудничества с Уральским государственным университетом путей сообщения включили в перспективные планы научно-исследовательских работ по реализации программы «Электровоз» предложения по совершенствованию структуры якорной изоляции тяговых электродвигателей ТЛ2-К1.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фролов, Николай Олегович, 2004 год

1. Андрианов К.А., Эпштейн JI.A. Слюдинитовые электроизоляционные материалы. М.: Госэнергоиздат, 1963. 121 с.

2. Алексеев А. Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. JL: Энергия, 1967.-433 с.

3. Базовский И. Надежность, теория и практика. Пер. с англ. М.: Мир, 1965374 с.

4. Башмакова Е.С., Витенберг И.М. Программирование микроЭВМ на языке бейсик. М.: Радио и связь, 1991. 238 с.

5. Бессуднов Е.П. Обнаружение мест дефектов изоляции обмоток электрических машин постоянного тока. М.: Энергия, 1977. 121 с.

6. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы: Учеб. для вузов. 7-е изд. переработ, и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 304 с.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1964.-608 с.

8. Вайда Д. Исследование повреждений изоляции. Пер. с венг. Под. общей ред. Д.В. Разевига. М.: Энергия, 1968.-400 с.

9. Вентцель Е.Р. Теория вероятностей: Учеб.для втузов. М.: Наука, 1969- 576с.

10. Повышение надежности тяговых двигателей электровозов в эксплуатации/ Под общей ред. Ю.Н. Виноградова// Тр. ВНИИ ж.-д. трансп., вып. 305. М.: Транспорт, 1965.-124 с.

11. Повышение надежности и сроков службы электровозов/ Под общей ред. Ю.Н. Виноградова. М.: Транспорт, 1969. 239 с.

12. Галкин В.Г., Парамзин В.А., Четвергов В.А. Надежность тягового подвижного состава: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1981. 184 с.

13. Глушко А.И. и др. Надежность изоляции электрических машин. М.: Энергия, 1979.- 16 с.

14. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1968.-488 с.

15. Электроподвижной .состав. Эксплуатация, надежность и ремонт/ Под ред. А.Т. Головатого и П.И. Борцова. М.: Транспорт, 1983. 350 с.

16. Гринчишин Я.Т., Ефимов В.И., Ломакович А.Н. Алгоритмы и программы на бейсике. М.: Просвещение, 1988. 159 с.

17. Длин A.M. Математическая статистика в технике. М.: Советская наука, 1958.-465 с.

18. Дроздов Н.Г., Никулин Н.В. Электроматериаловедение.- изд.З-е, перераб. М.: Высшая школа, 1968. 306 с.

19. Дьяконов В.П. Применение персональных ЭВМ и программирование на языке бейсик. М.: Радио и связь, 1989. 283 с.

20. Захарченко Д.Д. Тяговые электрические машины. М.: Транспорт, 1991. —339 с.

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

22. Теоретические основы электротехники. Т. I. Основы теории линейных цепей/ Под общей ред. проф. П.И. Ионина,- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1976.-544 с.

23. Иоффе А.Б. Тяговые электрические машины. Л.: Госэнергоиздат, 1957 —247 с.

24. Исаев И.П. Допуски и характеристики электрических локомотивов. М.: Трансжелдориздат, 1958. 364 с.

25. Каганов З.Г. Волновые напряжения в электрических машинах. М.: Энергия, 1970.-208 с.

26. Кетков Ю.Л. Программирование на бейсике. М.: Статистика, 1978. 156 с.

27. Козырев И.А. Изоляция электрических машин и методы ее испытаний. М.: Госэнергоиздат, 1962. 264 с.

28. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с англ./ Под общей ред. Д.Г. Арамановича.- 2-е изд. М.: Наука, 1970. -720 с.

29. Кузьменко В.Г. VBA 2002. Самоучитель. М.: Бином, 2002. 622 с.

30. Кулаковский В.Б. Работа изоляции в генераторах: Возникновение и методы выявления дефектов. М.: Энёргоиздат, 1981. 256 с.

31. Курбасов А. С. Проектирование тяговых электродвигателей. М.: Транспорт, 1987. - 536 с.

32. МакКелви М., Мартинсон Р., Веб Дж. Visual Basic 5. Проектирование приложений для Windows 95, Windows NT. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1997. 580 с.

33. Малышев В.Н. Основы работы в табличном процессоре Microsoft Excel. Учеб.-метод. пособие. Екатеринбург: УрГУПС, 2002 92 с.

34. Миролюбов Н.В. и др. Методы расчета электростатических полей. М.: Высшая школа, 1963. 414 с.

35. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. 2-е изд., переработ. и доп. М.: Наука, 1971. - 576 с.

36. Михайлов Н.М. Влагопроницаемость органических диэлектриков. М.: Госэнергоиздат, 1968. 162 с.

37. Находкин М.Д. Проектирование тяговых электрических машин. М.: Транспорт, 1976.-614 с.

38. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1975. 360 с.

39. Техника высоких напряжений: Учеб. для вузов/ Под общей ред. В.В. Разе-вига. М.: Госэнергоиздат, 1963. 471 с.

40. Райтингер М., Муч Г. Visual Basic 6.0. Пер. с нем. Киев: Ирина, 2000.-285с.

41. Растригин Л.А., Эренштейн Р.Х. Метод коллективного распознавания. М.: Энёргоиздат, 1981. 80 с.

42. Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. М.: Энергия, 1980.- 112 с.

43. Сиротинский Л.И. и др. Техника высоких напряжений. 4.2. М.: Госэнерго-издат, 1953.

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

45. Скворцов А. А. и др. Пути повышения эксплутационной надежности изоляции обмоток тяговых электродвигателей. М.: Транспорт, 1964. 30 с.

46. Соболев В.В. Слюдопласты и их применение. Л.: Энергоатомиздат, 1985192 с.

47. Сокольский В.Н. Искрозащита технологических разрядных промежутков, Л.: Энергия, 1980. 180 с.

48. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам. Т. I. / Под общей ред. А.И. Тищенко. М.: Транспорт, 1976 421 с.

49. Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике. Пер. с рум./ Под общей ред. А. А. Обуха. М.: Энергия, 1980. 296 с.

50. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971. 312 с.

51. Шваб А. Измерения.на высоком напряжении. Пер. с нем.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 264 с.

52. Андрюхин В.В. Контроль изоляции электрических машин// ЭТТ, 1979, № 2, с. 13-14.

53. Вдовико В.П. и др. Пути повышения электрической прочности и долговечности изоляции "Монолит-2,г крупных электрических машин// Электротехника, 1982, №1, с. 51-54.

54. Виноградов Ю.Н., Соболев В.М. Повышение надежности тяговых двигателей в зимний период/ Вопросы улучшения тяговых, энергетических и эксплуатационных свойств электровозов// Тр. УрЭМИИТа, 1979, вып. 62, с. 125-130.

55. Виноградов Ю.Н. Сокращение времени предварительной сушки якорей тяговых электродвигателей перед пропиткой/ Вопросы ремонта и эксплуатации электровозов на дорогах Урала и Сибири// Тр. ВНИИ ж.-д. трансп., вып. 246. М.: Транс-желдориздат, 1962. 113-118 с.

56. Воскресенский Н.А., Манн А.К. Исследование ионизационных характеристик изоляции кабеля с вязкой пропиткой// Электрические станции, 1959, № 7.

57. Гольцман М.Н. Контроль влажности изоляции силовых трансформаторов// Электрические станции, 1952, № 1.

58. Городецкий С.А. Определение увлажненности изоляции трансформаторов// Электрические станции, 1953, № 10.

59. Гочуа Б.В., Скворцов А.А., Хрусталева Е.Н. Сравнительные циклические испытания межвитковой изоляции для тяговых двигателей/ Повышение надежности оборудования электроподвижного состава// Тр. ЦНИИ МПС, вып. 499. М.: Транспорт, 1973.-44-51 с.

60. Дунаевский А.Д., Хаймович Я. Л. Ионизационное разрушение изоляции электрических машин и вопросы ее рационального конструирования// Электрические станции, 1970, № 10, с. 62-64.

61. Дурандин М.Г. Математическое моделирование процессов в многослойных изоляционных системах/ Сб. тр. Всероссийской НТК УрГУПС 4.1, Екатеринбург: УрГУПС, 2000. - 14 с.

62. Дурандин М.Г., Сонин B.C., Сухогузов А.П. Закономерности распределения электрического поля в слоистой изоляции тяговых двигателей// Вестник ВНИИЖТа, 1982, № 4, с. 26-29.

63. Кадотани К. Последние разработки слюдяной изоляции для крупногабаритных электрических машин с вращающимся полем (пер. с яп.)// Хитоти Херон, 1979, т. 61, с.355-360, № 5.

64. Калитвянский В.И. Общие закономерности теплового старения полимерных диэлектриков// Электричество, 1955, № 3.

65. Карташов В.И., Сухопрудский Г.Н. Изоляция электрических машин электроподвижного состава постоянного тока и ее испытания/ Тр. ВНИИ ж.д. трансп. 1956, вып. 128. М,: Транспорт, 1956. 106 с.

66. Kosakov A. A. Partial Discharges Research in Power Supplying Devices of Railway Transport // Prace Naukowe. 2004. - Transport NR 2(20) - S. 275-280.

67. Кулаковский В.Б. Современные методы контроля влажности изоляции// Электричество, 1955, № 10.

68. Курбасов А.С. О работоспособности изоляции тяговых электродвигателей/ Исследование электрооборудования электроподвижного состава постоянного тока// Тр. ВНИИ ж.-д. трансп., 1959, вып. 172, с. 27-36.

69. Логинова Е.Ю. Моделирование нестационарных тепловых полей в тяговой электрической машине// Электротехника, 1999, № 11, с. 21-24.

70. Немухин В.П. Влияние качества пропиточного лака на влагостойкость изоляции// ЭТТ, 1973, № 1, с. 15-16.

71. Лысаковский Г.И. Новый метод оценки степени увлажненности изоляции электрических машин// Электрические станции, 1959, № 6.

72. Озембловский В.Ч. Исследование старения изоляции тяговых двигателей// Вестник ВНИИ ж.д. трансп., 1966, № 8, с. 11-15.

73. Озембловский В.Ч. Анализ надежности тяговых электродвигателей электроподвижного состава/ Повышение надежности и межремонтного ресурса электроподвижного состава// ЦНИИ МПС, вып. 441. М.: Транспорт, 1971. 24-32 с.

74. Серебряков А.С. Диагностирование изоляции тяговых двигателей// ЭТТ, 1989, № 10, с. 39-41.

75. Скворцов А.А. Пути повышения срока службы и надежности тяговых двигателей// ЭТТ, 1969, № 6, с. 12-13.

76. Соболев В.М., Дурандин Г.Б., Лебедев В.В. Выбор испытательного напряжения постоянного тока// Вестник ВНРШ ж.-д. транс., 1967, № 6, с. 26-29.

77. Соболев В.М., Васютинский Г.Н. Пути совершенствования устройств для защиты электрической изоляции оборудования от пыли дождя и снега// Повышение надежности и срока службы электровозов/ Тр. ВНИИ ж-д. трансп., 1968, вып. 386, с. 147-156.

78. Сонин B.C. Применение новой изоляции при ремонте тяговых двигателей/ Совершенствование локомотивов, методов их ремонта и эксплуатации// Тр. НТК Уральского отделения ВНИИ ж.-д. трансп. Пермь, 1974, с. 20-23.

79. Сонин B.C. Улучшенная технология ремонта тяговых двигателей// ЭТТ, 1971, № 11, с. 18-20.

80. Сухопрудский Н.Д., Карташов В.И. Новые методы испытаний изоляции тяговых двигателей электроподвижного состава// Инф. Письмо ВНИИ ж.-д. трансп. №179. М.: ЦНИИ МПС, 1950. 15 с.

81. Сыромятников И.А. Определение степени увлажненности и сушка трансформаторов и генераторов// Электричество, 1952, № 8.

82. Типаж перспективного подвижного состава// Локомотив, 2002, № 8.

83. Вайнштейн М.З. Исследование надежности изоляции якорных обмоток тяговых двигателей пригородного электроподвижного состава: Автореф. дис. на со-иск. учен. степ. канд. технич. наук. Л.: 1968.

84. Гордеев И.П. Исследование и разработка методов повышения надежности корпусной изоляции якорей тяговых электродвигателей тепловозов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. М.: 1980.

85. Гочуа Б.В. Разработка и исследование эмальизоляции применительно к ремонту обмоток якорей тяговых двигателей электроподвижного состава: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. М.: 1975. 24 с.

86. Громов С.А. Исследование возможности определения температур обмоток якорей электрических машин тепловозов по температуре обмоток дополнительных полюсов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. М.: 1955.

87. Дурандин М.Г. Информативность процессов ионизации в диагностических обследованиях изоляции тяговых двигателей локомотивов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. Екатеринбург: 1994.

88. Логинова Е.Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. технич. наук. М.: 2000. 47 с.

89. Новиков М.Н. Импульсные напряжения в силовых цепях магистральных локомотивов и электропоездов (исследования, методы расчета и защиты): Автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. технич. наук. JL: 1983. 32 с.

90. Соколов С.Г. Исследование теплового режима и измерение температуры электровозного двигателя с учетом понижения напряжения и температуры воздуха: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. Новосибирск: 1953. 21 с.

91. Сухопрудский Н.Д. Новые методы испытаний изоляций тяговых электродвигателей электроподвижного состава электрифицированных железных дорог: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. М.: 1953. 25 с.

92. Хеталури Г.И. Разработка и исследование изоляции якоря тягового электродвигателя электровоза на основе стеклослюдинитоэпоксидной композиции: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. М.: 1969.

93. Чебелев Г.А. Исследование и разработка способов повышения влагостойкости обмоток якорей тяговых двигателей электровозов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук. Д.: 1981.

94. ГОСТ 2582-81. Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия, Переиздат. Октябрь , 1981.

95. Фролов Н.О. Результаты исследований потенциальных распределений в якорной изоляционной системе тягового двигателя TJI-2K1 // Ресурсосберегающие технологии на ж/д транспорте: Сб. научн. трудов. Челябинск: ЧИПС-УрГУПС. -2002.-С. 112-120.

96. Дурандин М.Г., Фролов Н.О. Учет теплового фактора при проектировании изоляционной системы тяговых двигателей электровозов/ Молодые ученые транспорту// Тр. IV Международной НТК УрГУПС — Вып. 1, Т. 1, Екатеринбург: УрГУПС, 2003. - С. 32-38.

97. Фролов Н.О. Методика учета теплового фактора при оценке уровней потенциальной загруженности отдельных элементов проектируемой изоляционной систем тяговых двигателей // IV Международная научно-техническая конференция

98. Состояние и перспективы развития электроподвижного состава": Тезисы докладов.- Новочеркасск: ВЭлНИИ. 2003. - С. 220-222.

99. Фролов Н.О. Совершенствование методики проектирования изоляционных систем тяговых двигателей/ Проблемы и перспективы развития ж/д транспорта// Материалы Всероссийской НТК УрГУПС Т. 2, Екатеринбург: УрГУПС, 2003. -С. 313-315.

100. Фролов Н.О. Распределение тепловых полей в изоляционной системе тяговых двигателей локомотивов/ Проблемы и перспективы развития ж/д транспорта // Материалы Всероссийской НТК УрГУПС Т. 2, Екатеринбург: УрГУПС, 2003. -С. 315-320.