Сравнительный анализ комбинированных систем подвеса и тяги

І Анализ различных систем, приводимый ниже, выполнен по критерию транспортной массы [32, 61]. При этом в транспортную массу включена не только система ЭМП, но и система тяги, состоящая из ЛТЭД и обеспечивающих их работу устройств. Анализ произведен на основе следующих номинальных данных: масса экипажа Мэ=40 т; скорость БЭПС о=400 км/ч; дли-¦ тельная мощность ЛТЭД вагона Руп = 1732 кВт; воздушный зазор ЭМП 6=15 мм; число экипажей в БЭПС я=10; число электромагнитов подвеса на один экипаж 32; номинальная нагрузка на электромагнит подвеса 1,35 М^,Н.

1. Раздельная система подвеса и тяги с компенсированными » ОЛАТЭД и ЭМП. Эта система состоит из четырех ОЛАТЭД,

| установленных на тележках экипажа и ЭМП, выполненного по принципу «электромагнитного колеса». Номинальный воздуш-| ный зазор ОЛАТЭД 30 мм. Более высоким сравнительно с за-I зором 6 для ЭМП он принят потому, что не стабилизирован и | может в процессе движения экипажа из-за внешних возмущений с‘ подвергаться существенным колебаниям. Электромагниты на экипаже установлены по 16 с каждой его стороны или по 8 на Ї тележке. ОЛАТЭД выполнен с компенсацией реактивной мощ-? ности. Для этого он имеет фазную вторичную обмотку с кон-1 денсаторами, включенными в каждую фазу (рис. 2.28, а).

I При условии компенсации реактивной мощности, т. е. при I соэ фі = 1, справедлива векторная диаграмма, изображенная на ¦ рис. 2.28, б. Ток вторичной цепи Ї2' определяется в основном на-¦ магничивающим током /0, т. е. возбуждение ОЛАТЭД происхо-I дит за счет реактивной мощности конденсаторов. В ЛАТЭД с I конденсаторами в цепи ротора реактивная мощность последних

I *2с = /2Л:с/5,

I а в результате приведения к первичной цепи она соответствует В

I реактивной МОЩНОСТИ 0.\ - 12 Яс/Б2 или <3с=5<3і.

I Поскольку скольжение $<С1, то для компенсации реактивной I мощности СЬ в первичной цепи требуются конденсаторы во вто-I ричной цепи на" реактивную мощность С?с, во много раз мень-I шую той реактивной мощности, на которую нужно было бы I взять конденсаторы, включенные в первичную цепь.

Рис 2.28. Система управления ОЛАТЭД:

а - схема системы управления; б - векторная диаграмма ком~ пенсированного ОЛАТЭД; УВ - управляемый выпрямитель с инверторным режимом; Ф - фильтр; ИНВ - инвертор; С-» конденсаторы

Для оценки массы за основу принят ЛАТЭД с номинальной мощностью 2000 кВт, массой 4000 кг, созфн= = 0,3, полной потребляемой мощностью 7700 кВ-АиКПД Пи = 0,87 [32].

Четыре компенсированные ОЛАТЭД, установленные на тележках экипажа, имеют массу на 30% большую, чем у одного двигателя на ту же суммарную мощность. При этом условии суммарная масса четырех компенсированных ОЛАТЭД будет на 30% больше, чем масса О Л АД-2000, т. е. 5200 кг. КПД компенсированного двигателя принят таким же, как у ОЛАД-2000 (тПн = 0,87), коэффициент мощности соэфи=1,0. Тогда полная потребляемая мощность

Удельная масса преобразовательной установки для электроснабжения ОЛАТЭД, по данным [8], составляет 3 кг/(кВ-А). Полная масса преобразовательных установок для ОЛАД экипажа 1990-3=5970 кг.

В системе ЭМП экипажа приняты электромагниты с магни-топроводом из электротехнической стали и медной обмоткой. По данным [32], их масса равна 7,9 т, масса системы электроснабжения, охлаждения, управления и аккумуляторной батареи для аварийного электроснабжения 5,5 т.

Суммирование масс ОЛАТЭД, преобразовательных установок, электромагнитов, а также систем электроснабжения, охлаждения и управления дает транспортную массу систем подвески и тяги, равную 24,57 т.

2. Комбинированная система подвеса и тяги с ОЛИТЭД. В такой системе для целей ЭМП и тяги предполагается применить 32 ОЛИТЭД [54], расположенных по бокам экипажа, по 16 с каждой стороны. Каждый из них имеет свое полупровод

никовое преобразовательное устройство для управления током возбуждения, которое используется с целью стабилизации воздушного зазора. Средний магнитный поток в зазоре определяет среднюю силу подвеса, равную силе тяжести экипажа, вследствие чего средний магнитный поток постоянен. Динамические воздействия на подвес со стороны пути вызывают отклонение магнитного потока от среднего значения, что оказывает влияние на тяговые свойства ОЛИТЭД. Предполагается, что это влияние не является существенным, однако необходимы детальные исследования.

В анализ введены такие параметры ОЛИТЭД, как: Рн = = 54 кВт; т] = 0,93; coscp = 0,93; 6=15 мм; п = 111 м/с; масса первичной части тп = 415 кг; 5 = 62,4 кВ-A. На основе их можно получить: массу 32 ОЛИТЭД, равную 13,8 т, массу преобразовательных установок (62,4-32-0,003=5,97 т). Масса систем управления, охлаждения обмоток возбуждения и масса аккумуляторной батареи для аварийного электроснабжения одинакова с первым вариантом и поэтому должна быть принята равной 5,5 т. С учетом этого транспортная масса второго варианта составляет 24,75 т.

3. Комбинированная система подвеса и тяги с компенсированным ОЛАТЭД. Между первичной стальной частью ОЛАТЭД, установленной на экипаже, и вторичной стальной частью, расположенной на пути, возникает значительная сила притяжения. Известно использование этой силы для обеспечения магнитного подвеса экипажа в транспортной системе «Ромаг» [47], демонстрировавшейся в действии на «Транспо-72». Согласно [47] для экипажа массой 45,4 т при скорости 480 км/ч и воздушном зазоре 25,4 мм ЛТЭД имеет г| = 0,878, coscp = 0,44. Масса его составляет 3,1 т, т. е. 6,83% полной массы экипажа. Однако низкий коэффициент мощности приводит к низкому энергетическому коэффициенту СЭ = Т1 cos ср=0,878 - 0,44 = 0,386, что требует установки на экипаже громоздких устройств для преобразования энергии, подводимой к двигателю. Отмеченный недостаток может быть устранен применением ОЛАТЭД с конденсаторами во вторичной цепи, компенсирующими реактивную мощность, что позволяет получить COS ф близким к единице (см. рис. 2.28).

На рис. 2.29 изображена схема расположения первичной части 4 двух ОЛАТЭД на тележке экипажа и вторичной части 3 на эстакаде 6. Между тележкой и кузовом 1 расположены пневморессор.ы 2. Первичная часть ОЛАТЭД соединяется с тележкой через рессорное подвешивание 5. Как сила подвеса, так и сила тяги, создаваемые ОЛАТЭД, зависят от напряжения и от частоты на зажимах его первичной обмотки. В связи с этим возможно управление силой подвеса путем воздействия на напряжение, а силой тяги--воздействием на частоту. И наоборот, возможно управление силой подвеса воздействием на час-

тоту, а силон тяги - воздействием на напряжение. При первом методе изменение частоты является возмущающим фактором для системы управления силой подвеса и, наоборот, изменение напряжения является возмущающим фактором для системы управления силой подвеса. Разделение функций управления представляется возможным потому, что процессы управления подвесом и тягой отличаются по длительности друг от друга на один- два порядка. При этом более быстродействующей должна быть система управления подвесом.

При автоматической стабилизации воздушного зазора ЛАТЭД обеспечивается такое соотношение между напряжением и частотой, при котором магнитный поток в зазоре, определяющий левитационную силу, равную массе экипажа, остается постоянным. Постоянство магнитного потока соответствует постоянству отношения напряжения к частоте (У//, которое обеспечивается при частотном управлении асинхронными двигателями.

При комбинированной системе подвеса и тяги с ОЛАТЭД не требуется рессорного подвеса между ним и тележкой, так как мощные преобразователи энергии в системе тяги, используемые одновременно и для системы подвеса, обеспечивают возможность получения больших мгновенных мощностей при наличии неровностей пути [47]. Однако при отсутствии рессорного подвешивания между ОЛАТЭД и тележкой требуется более сложное устройство стабилизации многоточечной системы подвеса. Кроме того, система предназначалась для тихоходного транспорта.

Базовыми для анализа-системы 3 являются такие основные расчетные данные компенсированного ОЛАТЭД: Рн = 54,1 кВт; ?/л = 542 В; /„=62 А; ^=0,9; с08ф=1; 6 = 15; /=119 Гц; т= = 0,5 м; Ян = 0,07; Ри=1,0 м; 6И=0,275 м; /пи=279 кг; 5 = = 58 кВ-А.

Транспортная масса системы 3 суммируется из масс первичной части ОЛАТЭД, равной 32-279=8930 кг; преобразовательных установок 58-32-3 = 5680 кг; аппаратуры САР зазором 600 кг и аккумуляторной батареи для аварийного электроснабжения 1000 кг и составляет 16,21 т.

4. Комбинированная система с ЛСТЭД с «длинным» статором. Для этой системы транспортная масса включает массу 32 электромагнитов по 250-кг-хаждый, т. е. 8000 кг, и массу системы электроснабжения, управления, охлаждения и аккумуляторную батарею для резервного электроснабжения обмоток возбуждения, принятую такой же, как и для первого варианта (5500 кг), т. е. она составляет 13,5 т. Таким образом, в результате анализа вариантов 1-4 по транспортной массе получена равноценность систем 1 и 2. Но в системе 1 необходимо дополнительное путевое устройство для ЭМП. Система 3 имеет существенно меньшую транспортную массу, чем система 2. Однако устройства для управления подвесом с использованием вертикальных сил в ОЛАТЭД еще не разработаны. Отсутствуют также теоретические и экспериментальные исследования этих устройств. Наименьшую транспортную массу имеет система 4. Однако в ней необходим «длинный» статор ЛСТЭД на пути. Экономическую целесообразность такой системы требуется специально исследовать.

Виброзащита БЭПС с ЭМП | Транспорт с магнитным подвесом | ЭДП со сплошным проводящим полотном