"Механики XXI веку" №16 2017

302 / 397

Механики XXI веку. № 16 2017 г.
302
УДК 621.313.333: 62-83
Оценка влияния несинусоидальности напряжения питания
на пульсации электромагнитного момента трехфазного
асинхронного двигателя в составе вспомогательного
электропривода электровоза переменного тока
Пустоветов М.Ю.
Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, д. 1, г. Ростов-на-Дону, Россия
Ключевые слова: отказы подшипников, знакопеременные циклические нагрузки, пульсации
электромагнитного момента, трёхфазный асинхронный двигатель, вспомогательный электропривод,
несимметричное несинусоидальное питающее напряжение
Приводятся результаты компьютерного моделирования электромагнитного момента асин-
хронного вспомогательного двигателя НВА-55 электровоза переменного тока «Ермак». Ввиду не-
симметричной несинусоидальной системы электрических напряжений, электромагнитный момент
кроме постоянной составляющей содержит спектр временных гармоник в диапазоне частот от 10
Гц до 700 Гц. Производится сравнение с результатами моделирования при допущении синусоидаль-
ности питающих напряжений с сохранением их не симметрии. Полученные результаты свидетель-
ствуют о том, что основной вклад в формирование пульсаций электромагнитного момента вносит
несимметрия системы напряжений питания. Учет несинусоидальности напряжения ухудшает си-
туацию: увеличивается коэффициент пульсаций момента, но не радикально, наибольшие гармоники
момента остаются на тех же частотах. То есть, с точки зрения влияния на пульсации динамиче-
ского вращающего момента, которые вызывают циклические знакопеременные нагрузки, приводя-
щие к усталостному разрушению металла подшипников асинхронных двигателей, основной причиной
является несимметрия питающих напряжений, а уже во вторую очередь – их несинусоидальность.
Известна проблема отказов трехфазных вспомогательных асинхронных двигателей
(АД) электровозов переменного тока из-за неисправностей подшипниковых узлов. Данные
статистики по этой теме приведены в [1], где методами математического моделирования ре-
жимов работы АД в составе вспомогательного электропривода электровоза «Ермак» при до-
пущении питания АД несимметричной системой синусоидальных напряжений частотой 50
Гц установлено, что имеют место весьма значительные пульсации электромагнитного мо-
мента эм M , а значит и динамического момента на валу, который передается на подшипники,
что может приводить к их повреждениям и разрушению. Известно, что при несимметрии
системы синусоидальных питающих напряжений частотой 50 Гц в спектре эм M появляется
гармоника частотой 100 Гц [2 - 4]. Также в [1] на рис. 1 показаны опытные осциллограммы
напряжений и токов вспомогательного электропривода электровоза 2ЭС5К «Ермак», осна-
щенного емкостным расщепителем фаз (РФ), полученные специалистами ОАО «ВЭлНИИ»
(г. Новочеркасск). Видно, что эти кривые содержат спектр гармонических составляющих.
Возник вопрос о степени влияния несинусоидальности напряжения питания на пульсации
эм M АД. Настоящая статья призвана дать ответ на поставленный вопрос.
Схема питания трехфазных АД в составе вспомогательного электропривода преду-
сматривает, что одно из линейных напряжений поступает на клеммы АД от обмотки собст-
венных нужд тягового трансформатора, то есть является навязанным. Это напряжение 12 U .
Два других линейных напряжения 23 U и 31 U формируются емкостным или электромехани-
ческим РФ (в зависимости от модификации вспомогательного электропривода) [5, 6]. В ходе
поездки электровоза форма сигнала 12 U может изменяться. Но даже при одинаковой форме
12 U сигналы 23 U и 31 U могут видоизменяться в зависимости от ряда факторов: количества
одновременно работающих АД, режима работы АД, подключенного или отключенного со-