Анализ экономической и технической эффективности при эксплуатации асинхронных и коллекторных тяговых приводов локомотивов

Аннотация: в данной статье рассматриваются тяговые приводы электровозов 2ЭС6 и 2ЭС10, проводится анализ их технической и экономической эффективности, а также оценка преимуществ и недостатков каждого из приводов.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, коллекторный двигатель, тяговый двигатель, привод, электровоз 2ЭС6, электровоз 2ЭС10.

Для проведения анализа были изучены характеристики и конструктивные особенности асинхронного тягового привода электровоза 2ЭС10 «Гранит» и тягового привода постоянного тока электровоза 2ЭС6 «Синара». Тяговый электродвигатель (ТЭД) 2ЭС10 имеет маркировку 1ТВ2822, а на электровозах 2ЭС6 установлены тяговые двигатели разных типов: ЭДП 810У1, ДПТ810-2У1 и СТК-810 У1. В качестве примера в данной статье будет рассмотрен тяговый привод «Синары» с электродвигателем СТК-810 У1. Безусловно, каждый тип двигателя имеет свои преимущества и недостатки, изучив которые можно сделать вывод об эффективности их применения. Для примера рассматриваются тяговые приводы именно этих электровозов, так как на данный момент «Синара» и «Гранит» являются основной составляющей парка грузовых локомотивов Западно-Сибирской железной дороги.

При проектировании этих двигателей особое внимание было уделено тому, что они будут эксплуатироваться в суровых российских климатических условиях, поэтому оба типа ТЭД показывают достаточно высокую производительность и надежность в эксплуатации. Этому способствовало большое количество наработок, по производству и эксплуатации ТЭД предыдущих поколений.

Исполнение асинхронного тягового электродвигателя электровоза 2ЭС10 обеспечивает работу при климатических воздействиях:

-нижнее значение температуры окружающего воздуха минус 50 °С;

-максимальная высота над уровнем моря - 1300 м;

-величина изменения температуры охлаждающего воздуха в течении 2 ч. составляет не более 30 °С;

-воздействие росы и инея присутствуют;

Исполнение двигателя постоянного тока электровоза 2ЭС6 обеспечивает работу при климатических воздействиях:

-максимальная высота над уровнем моря, не более 1400 м;

-верхнее рабочее значение температуры воздуха при эксплуатации плюс 50;

-нижнее рабочее значение температуры воздуха при эксплуатации минус 60;

Долгое время на нашей железной дороге не было альтернативы коллекторным тяговым двигателям. Появление управляемых полупроводников открыло широкие возможности для создания надежных преобразователей и тем самым позволило поставить вопрос об использовании асинхронных тяговых приводов. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и выйти из строя. У двигателя постоянного тока сложности с регулированием частоты вращения нет, так как для этого, всего лишь, необходимо изменить напряжение на зажимах, путем ввода-вывода секций пусковых резисторов.

Изучив характеристики тяговых двигателей электровоза 2ЭС10 и электровоза 2ЭС6 (таблица 1), становится понятно, что асинхронный двигатель примерно на 30% эффективнее, чем его коллекторный аналог, при том, что его вес меньше почти на 600 килограмм. Стоимость его изготовления также на порядок ниже из-за меньших размеров и уменьшении затрат на электротехническую медь, а также на электроизоляционные материалы, которые необходимо применять при изготовлении коллектора, так как каждый его элемент должен быть изолирован друг от друга. В эксплуатации 2ЭС10 показывает экономию электроэнергии по сравнение с 2ЭС6 около 15%.

Таблица 1

Сравнительные характеристики ТЭД электровозов 2ЭС6 и 2ЭС10*

*На основании руководства по эксплуатации (РЭ) 2ЭС6 и РЭ 2ЭС10 [1][2]

Ниже приведены тяговые характеристики электровозов (рис.1 и рис.2), которые также доказывают эффективность асинхронных тяговых приводов «Гранита». Например, при скорости 10 км/ч тяговое усилие электровоза 2ЭС10 составляет 750 кН, а 2ЭС6 при той же скорости развивает усилие только 540 кН.

Читать работу полностью (оригинал работы):

Анализ экономической и технической эффективности при эксплуатации асинхронных и коллекторных тяговых приводов локомотивов