Введение

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1782

По учебному плану специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог» предусмотрено на третьем курсе изучение дисциплины «Электрические железные дороги» с выполнение расчетно-графической работы в пятом семестре.

Целью расчетно-графической работы является изучение методики получения характеристик тягового двигателя и электровоза, а также получение представления о виде рассчитанных зависимостей и их взаимном расположении.

Расчетно-графическая работа «Расчет характеристик электровоза» предусматривает расчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (ТЭД) в моторном режиме, а также тяговых характеристик электровоза.

В моторном (тяговом) режиме работы электровоза рассчитывают характеристики для всех способов регулирования скорости движения, которые применяются на электровозах постоянного тока, а также их ограничения.

1 Исходные данные

1.1 Общие данные

Род тока – постоянный.

Количество ТЭД – n_д = 6.

Конструкционная скорость – V_к = 100 км/ч .

Масса электровоза – m_э = 138 т.

Номинальное напряжение ТЭД – U_н = 1500 В.

Сопротивление обмоток:

– якоря, дополнительных полюсов, компенсационной – r_я = 0,09 Ом;

– главных полюсов – r_в = 0,06 Ом.

Сопротивление пускового резистора:

– при последовательном соединении ТЭД – R = 7 Ом;

– при последовательно-параллельном соединении ТЭД – R = 1,6 Ом;

– при параллельном соединении ТЭД – R = 0,6 Ом.

Универсальная магнитная характеристика ТЭД – приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Универсальная магнитная характеристика ТЭД

1.2 Индивидуальные данные

Индивидуальные данные определяют с учетом номера студента по списку N:

– I_ч – ток якоря в часовом режиме, А

I_ч = 400 + 5×N;

– V_ч – скорость движения в часовом режиме, км/ч

V_ч = 30 + N;

– b – коэффициенты регулирования возбуждения:

1) b_ов1 = 0,85 – 0,01×N;

2) b_ов2 = b_ов1 – 0,1.

2 Расчет характеристик в тяговом режиме

2.1 Принципиальные электрические схемы

На железных дорогах постоянного тока номинальное напряжение на токоприемнике электровоза равно 3000 В, поэтому при заданном номинальном напряжении двигателя наименьшее число последовательно соединенных ТЭД равно двум. При шести тяговых двигателях на электровозе возможно три варианта их соединения: последовательное соединение (С-соединение), когда все шесть двигателей включены последовательно, последовательно-параллельное (СП-соединение), когда ТЭД соединяются в две параллельные ветви по три двигателя в каждой и параллельное (П-соединение), когда ТЭД включены в три параллельные ветви по два двигателя в каждой. Принципиальные схемы включения ТЭД приведены на рисунках 2.1…2.3. Обозначения на схемах: 1 – быстродействующий выключатель; 2 – реостатный контактор; R – пусковой резистор; Я1…Я6 – обмотки якорей ТЭД №№ 1…6; 3 – контактор ослабления возбуждения; ОВ1…ОВ6 – обмотки возбуждения ТЭД №№ 1…6; ИШ – индуктивный шунт; 4 – контактор вывода ступени резистора в цепи ослабления возбуждения.

На электровозе предусмотрены реостатный пуск и регулирование скорости за счет ослабления возбуждения ТЭД способом шунтирования обмотки возбуждения ТЭД резистором и последовательно соединенным с ним индуктивным шунтом [1].

Рисунок 2.1 – Принципиальная электрическая схема последовательного

соединения ТЭД

Рисунок 2.2 – Принципиальная электрическая схема

последовательно-параллельного соединения ТЭД

Рисунок 2.3 – Принципиальная электрическая схема параллельного

соединения ТЭД

2.2 Расчетные формулы

Расчет характеристик двигателя и электровоза в целом производят по следующим формулам [1]:

, (2.1)

, (2.2)

F_к = n_д∙F_кд, (2.3)

где V – скорость движения электровоза, км/ч;

U_д – напряжение сети, приходящееся на один двигатель, В;

I_Я – ток якоря, А;

r – сопротивление якорной цепи, Ом;

R' – сопротивление пускового резистора, приходящееся на один

двигатель, Ом;

СФ – величина, пропорциональная магнитному потоку, В∙ч/км;

F_кд – сила тяги ТЭД, приведенная к ободу колеса, Н;

ΔF – потери силы тяги, Н. В РГР можно принять ΔF = (0,05…0,1)∙F_кд;

F_к – сила тяги электровоза, Н;

n_д – количество тяговых двигателей.

При расчете характеристик независимой переменной, является ток якоря. Расчет характеристик выполняют при постоянном значении напряжения на токоприемнике электровоза, равном 3000 В [1].

Ток возбуждения двигателя I_В, сопротивления r находят по выражениям [1]:

I_В = β ∙ I_Я, (2.4)

r = r_Я + β∙r_Я, (2.5)

Величина R' зависит от схемы соединения ТЭД и определяется по выражению

, (2.6)

где п_дп – количество ТЭД, включенных последовательно в одной ветви;

п_дс – количество параллельных ветвей ТЭД;

Для расчета характеристик необходима зависимость СФ(I_В) – магнитная характеристика ТЭД.

2.3 Расчет кривой намагничивания

Зависимость СФ(I_В) можно получить по универсальной магнитной характеристике (таблица 1.1), определив предварительно величину СФ в часовом режиме (СФ_ч).

Из уравнения (2.1) получают:

. (2.7)

В часовом режиме U = U_H; I_Я = I_Ч; R’ = 0; β = 1; V = V_Ч.

Тогда

. (2.8)

Затем данные первой строки таблицы 1.1 умножают на I_Ч, а данные второй строки – на СФ_ч. Результаты расчетов заносят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Магнитная характеристика ТЭД

По данным этой таблицы строят зависимость СФ (I_В), пример которой представлен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Магнитная характеристика ТЭД

2.4 Расчет характеристик при полном возбуждении

По формулам (2.1)…(2.3) рассчитывают характеристики при полном возбуждении и напряжении двигателя, равном 500, 1000 и 1500 В. Результаты расчета электромеханических характеристик двигателя заносят в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Электромеханические характеристики при b = 1 и R = 0

2.5 Расчет пусковых характеристик

Характеристики F_кд(I_Я) при введенном сопротивлении R не зависят от него. Результаты расчета скоростных характеристик по формуле (2.1) при R ≠ 0 заносят в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Скоростные характеристики при R ≠ 0

2.6 Расчет характеристик при ослабленном возбуждении

На позициях ослабленного возбуждения пусковые резисторы должны быть полностью выведены (R = 0). Расчеты производят по формулам (2.1)…(2.5) и их результаты заносят в таблицу 2.4.

По данным таблиц 2.2…2.4 строят электромеханические характеристики ТЭД и тяговые характеристики электровоза.

Примерные виды электромеханических и тяговых характеристик показаны соответственно на рисунках 2.5…2.8 и 2.9.

Таблица 2.4 – Результаты расчета характеристик при ослабленном возбуждении

1- 4 – V(I_я) при U = 500 В;

5 – F_кд(I_я), ОВ2;

6 – F_кд(I_я) OB1;

7 – F_кд(I_я) ПВ

Рисунок 2.5 – Электромеханические характеристики двигателя при U = 500 В

1- 4 – V(I_я) при U = 1000 В;

5 – F_кд(I_я), ОВ2;

6 – F_кд(I_я) OB1;

7 – F_кд(I_я) ПВ

Рисунок 2.6 – Электромеханические характеристики двигателя при U = 1000 В

1…4 – V(I_я) при U = 1500 В;

5 – F_кд(I_я), ОВ2;

6 – F_кд(I_я) OB1;

7 – F_кд(I_я) ПВ

Рисунок 2.7 – Электромеханические характеристики двигателя при U = 1500 В

1…4 – V(I_я) при U = 500 В; 5…8 – V(I_я) при U = 1500 В; 9…12 – V(I_я) при U = 1000 В;

13 – ограничение по максимальному току якоря;

14 – ограничение тока якоря по сцеплению;

15…17 – F_кд(I_я); 1 – V(I_я) при R = 7 Ом;

5 – V(I_я) при R = 1,6 Ом; 9 – V(I_я) при R = 0,6 Ом;

2, 6, 10, 17 – ПВ; 3, 7, 11, 16 – OB1; 4, 8, 12, 15 – ОВ2

Рисунок 2.8 – Электромеханические характеристики ТЭД

1 – С-ПВ при R_п = 7 Ом; 2 – СП-ПВ при R_п = 1,6 Ом;

3 – П-ПВ при R_п = 0,6 Ом; 4,5,6 – С, СП, П-ПВ при R_п = 0 Ом;

7,8,9 – С, СП, П-ОВ1 при R_п = 0 Ом; 10,11,12 – С, СП, П-ОВ2 при R_п = 0 Ом

Рисунок 2.9 – Тяговые характеристики электровоза

3 Расчет и построение ограничений характеристик двигателя и

электровоза

3.1 Расчет ограничения силы тяги по сцеплению

Силу сцепления электровоза в тяговом режиме определяют по выражению

F_сц = 9,81∙m_э∙ψ_к, (3.1)

где F_сц – сила сцепления электровоза, кН;

m_э – масса электровоза, т;

ψ_к – коэффициент сцепления.

Коэффициент сцепления рассчитывают по формуле [2]

. (3.2)

Силу сцепления колесной пары находят по выражению

. (3.3)

Результаты расчета силы сцепления заносят в таблицу 3.1.

По данным первой и третьей строки таблицы 3.1 строят ограничение силы тяги по сцеплению (рисунки 2.8, 2.9).

Таблица 3.1 – Результаты расчета силы сцепления и тока якоря

3.2 Построение ограничения тока якоря по сцеплению

По зависимости F_кд(I_Я) для каждого значения силы сцепления колесной пары (F_сц)_кп находят величину тока якоря. Результаты определения токов якоря заносят в таблицу 3.1.

По данным первой и последней строки таблицы 3.1 строят ограничение тока якоря по сцеплению при полном возбуждении (рисунок 2.8), а при ослабленном возбуждении это ограничение получают графическим способом. Сначала по тяговым характеристикам (рисунок 2.9) находят скорости движения в точках, где сила тяги при ослабленном возбуждении равна силе сцепления, а затем переносят эти скорости на соответствующие скоростные характеристики.

3.3 Построение ограничения силы тяги по максимальному току якоря

В эксплуатации допускается значительная перегрузка тяговых электродвигателей. Наибольшая развиваемая мощность равна 1,6...1,8 номинальной мощности [3]. В РГР принимаем

I_max = 1,6∙I_ч, (3.4)

где I_max – максимальный ток якоря.

На электромеханических характеристиках вертикальной линией показывают ограничение тока якоря по максимальному значению. По значениям силы тяги и скорости движения, соответствующим максимальному току якоря, строят ограничения силы тяги по максимальному току якоря (рисунок 2.8).