Анализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда
Задание на курсовую работу :
Предлагается выполнить анализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда.
Задачей анализа является изучение принципов управления работой тяговых электрических двигателей и технической реализации этих принципов на электровозах
постоянного тока.
Исходные данные:
Номинальная мощность на валу тягового двигателя Рдн,
кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
Номинальная скорость движения электровоза Vn,
км/ч . . . . . . . . . . . . . 48,4
Руководящий подъём iр, %0 . . . . . . . 11
Номинальное напряжение тягового электрического двигателя (ТЭД) Uдн, В . . . . . . . . . . . . 1500
Номинальный КПД ТЭД hд . . . . . . 0,94
Коэффициент потерь силы тяги в процессе реализации тягового усилия hF . . . . . . . . 0,95
Сопротивление обмоток ТЭД rд, Ом . . . . . 0,12
Напряжение в контактной сети постоянного
тока Uс, В . . . . . . . . . . 3000
Коэффициент 1-й ступени регулирования возбуждения ТЭД
b1, . . . . . . . . . . . . 0,62
Коэффициент 2-й ступени регулирования возбуждения ТЭД
b1, . . . . . . . . . . . 0,40
РАСЧЕТ:
1.1 Рассчитаем номинальный ток ТЭД Iн, А.
Рдн 1000
Iн= Uдн hд , где Рдн - мощность ТЭД
Uдн - напряжение ТЭД
hд - номинальный КПД ТЭД
670000
Iн= 1500*0,94 = 475 , А
Номинальный ток ТЭД равен 475 А.
1.2 Для расчёта удельной ЭДС возьмём три значения тока от 150 А до 475 А и три значения от 475 А до 1,75*Iн. Расчеты представим в виде табл. 1.1
1,75*Iн=1,75*475=831 А
CVФ=35,5(1-е ) , где СvФ= Е удельная ЭДС
V
Cv - конструкционная постоянная
Ф - магнитный поток
IВ - ток ТЭД
СvФ=35,5(1-е )=15,56 , В/(км/ч)
Значения, полученные при расчёте, представим в виде таблицы:
|
Ток якоря I, А |
Удельная ЭДС, В/(км/ч) |
|
150 |
15,6 |
|
310 |
24,7 |
|
475 |
29,8 |
|
595 |
32 |
|
715 |
33,2 |
|
831 |
34 |
1.3 Рассчитаем силу тяги ТЭД, соответствующую принятым токам с точностью до целых чисел, результат занесём в
табл. 1.2
Fкд=3,6 СvФнIhF*0,001 , где Fкд - сила тяги электровоза, кН
СvФн - ЭДС, В/(км/ч)
I - ток двигателя, А
hF - коэффициент потерь силы тяги
Fкд= 3,6*15,6*150*0,95*0,001=8 , кН
табл. 1.2
|
Ток ТЭД, А |
Номинальная ЭДС , В/(км/ч) |
Сила тяги, кН |
|
150 |
15,6 |
8 |
|
310 |
24,7 |
26,2 |
|
475 |
29,8 |
48,4 |
|
595 |
32 |
65 |
|
715 |
33,2 |
81,2 |
|
831 |
34 |
96,6 |
1.4 Построим по данным таблицам графики СvФ(I) и Fкд(I)
( приложение 1).
2. Силовая электрическая цепь электровоза
постоянного тока.
2.1.1 Приведём чертёж схемы силовой цепи электровоза:
ш3
ЛК Ш1 Rш1 Rш2
8
1 2 1 2
П1 А Б В М 6 4 2
В Б А
1 3 5
7 3 4 П2
3 4 Rш1 Rш2
Ш2
Ш4
2.2.1 Рассчитаем сопротивление секций реостата с точностью до двух знаков после запятой.
Ra=0,18Rтр ; Rб=0,17Rтр ; Rв=0,15Rтр, где Rтр - сопротивление
троганья, Ом
Uc
Rтр= Iтр -4rд , где Iтр - ток трогания, равен току Iн , А
rд - сопротивление обмоток ТЭД, Ом
Uc - напряжение в контактной сети, В
3000
Rтр= 475 - 4 * 0.12 = 5,84 Ом
Ra=0,18 * 5,84 = 1,05 Ом
Rб = 0,17 * 5,84 = 0,99 Ом
Rв = 0,15 * 5,84 = 0,88 Ом
2.2.2 Рассчитаем сопротивление шунтирующих резисторов RШ1 и RШ2 с точностью до 2-х знаков
b2
RШ2 = 1- b2 * 2 * rв , где RШ - сопротивление
шунтирующих резисторов
b2 - коэффициент возбуждения
rв - сопротивление обмотки
возбуждения, rв= 0,3 * rд, где
rд - сопротивление обмоток
ТЭД, rв =0,036 Ом
0,4
RШ2 = 1 - 0,4 * 2 * 0,036 = 0,6 Ом
0,62
RШ2+ RШ1= 1 -0,62 * 2 * 0,036 = 0,12 Ом
RШ1= 0,12 - 0,6 = 0,6 Ом
2.2.3 Запишем значения в схему.
2.3.1 Приведём таблицу замыкания контакторов.
2.3.2 Запишем в таблицу замыкания контакторов значения сопротивления реостата на каждой позиции.
3. Семейство скоростных характеристик электровоза и пусковая диаграмма. Электротяговая характеристика электровоза
3.1.1 Рассчитаем сопротивление силовой цепи, Ом , отнесённое к одному двигателю:
Rn
Rn’ + rд = m + rд , где Rn’ - сопротивление реостата на
n-ой позиции, отнесённое к ТЭД
rд - сопротивление ТЭД
m - число последовательно
соединёных двигателей.
Rn - сопротивление реостата на
n-ой позиции
Uc’ - Ii(Rn’ + rд )
Vni = СvФi , где СvФi - магнитный поток
на позиции
Uc’ - напряжение
питания ТЭД
Rn’ + 0,12 = 1,46 + 0,12 Ом
750- 150 (1,58)
Vni = 15,6 =32,9 км/ч
3.1.2 Заполним расчётную таблицу.
3.1.3 Начертим семейство скоростных характеристик с 1 по 11 позицию и электротяговую характеристику.
Расчёт и построение характеристик ТЭД при
регулировке возбуждения .
3.2.1 Рассчитаем Fкд; Fк ; V при b1 и b2, заполним таблицу 3.2
Fкд = 3,6 | CVФ |b IдhF * 0,0001 , где Fкд - сила тяги ТЭД, кН
| CVФ |b - ЭДС при
ступени регулирования
hF - коэффициент потерь
силы тяги = 0,95
Fк = Fкд * 8 , где 8 - число ТЭД
Uc’ - Irд
V = | CVФ |b , где Uc’- напряжение питания
ТЭД
табл. 3.2
|
Ток ТЭД, А |
310 |
475 |
595 |
715 |
831 |
|
Коэффициент регулировки b=0,62 |
|||||
|
Ток возбуждения Iв , А |
192 |
295 |
369 |
443 |
515 |
|
Удельная ЭДС | CVФ |b,В/км/ч |
18,4 |
24,1 |
26,9 |
29,2 |
30,7 |
|
Сила тяги ТЭД Fкд, кН |
19,5 |
39,2 |
55 |
71 |
87 |
|
Сила тяги эл-за Fк ,кН |
156 |
313 |
438 |
568 |
696 |
|
Скорость движения км/ч |
80,3 |
60,8 |
54,1 |
50 |
47 |
|
Коэффициент регулировки b=0,4 |
|||||
|
Ток возбуждения Iв , А |
124 |
190 |
238 |
286 |
332 |
|
Удельная ЭДС | CVФ |b,В/км/ч |
14 |
18,4 |
21,2 |
23,6 |
25,5 |
|
Сила тяги ТЭД Fкд, кН |
15 |
30 |
43 |
58 |
72 |
|
Сила тяги эл-за Fк ,кН |
119 |
240 |
345 |
462 |
580 |
|
Скорость движения км/ч |
106 |
80,2 |
69 |
62 |
57,2 |
| CVФ |b возьмём из рис. 1
Fкд, = 3,6 *18,4 *192 * 0,95 * 0,0001 = 12,1 кН
Fк = 12,1 * 8 = 96,8 кН
1500 - 192(0,12)
V = 18,4 = 80,3 км/ч
3.3 Построение пусковой диаграммы электровоза
постоянного тока.
3.3.1 На рис. 2 построим пусковую диаграмму электровоза
постоянного тока, при условии что ток переключения
Iп = Iн = 475 А.
3.3.2 Рассчитаем средний ток ТЭД на последовательном соединении Iср1 и на параллельном соединении Iср2, А.
Iср1 = 1,15 Iн=1,15* 475 = 546 А
Iср2 = 1,25 Iн=1,25 * 475 = 594 А
Токи Iср1 и Iср2 показаны на графике рис. 2 вертикальными
линиями. Графически определим скорость движения на безреостатных позициях ( 7; 11; 12; 13 ), результаты занесём в таблицу 3.3
таблица 3.3
|
Средний ток , А |
546 |
594 |
||
|
позиция |
7 |
11 |
12 |
13 |
|
Скорость V, км/ч |
22 |
44 |
54 |
69 |
|
Сила тяги ТЭД Fкд, кН |
58 |
65 |
55 |
43 |
|
Сила тяги эл-за Fк ,кН |
470 |
525 |
440 |
345 |
4. Расчёт массы поезда.
4.1 Выберем и обоснуем , исходя из полного использования силы тяги электровоза, расчётное значение силы тяги Fкр и соответсвующую ей расчётную скорость Vр. Из табл. 3.3 выберем наибольшее значение Fкр потому, что наибольшая сила , реализуемая электровозом, необходима для преодоления сил сопротивления движению W , кН, которая складывается из основного сопротивления W0 , кН и сопротивления движению от кривых и подъёмов Wд , кН . Силе тяги Fк = 525 кН соответствует скорость 44 кмч.
4.2 Рассчитаем основное удельное сопротивление движению w0р , кН.
2
w0р = 1,08 + 0,01Vр+ 1,52 * 0,0001 * (Vр ) , где Vр - расчётная
скорость движения
w0р = 1,08 + 0,01 * 44 + 1,52 * 0,0001 * ( 44 * 44 ) = 1,8 кН
4.3 Рассчитаем массу поезда с округлением до 50 т.
Fкр
М = (w0р + i ) * 9,81 * 0,0001 , где М - масса поезда
i - руководящий подъём
Fкр - расчётная сила тяги
М = 4200 т
5. Анализ работы системы управления
электровозом при разгоне.
5.1.1 Построим тяговые характеристики для 7; 11; 12; 13 позиции на рис. 2
5.1.2 Рассчитаем и построим
характеристики основного сопротивления
движения для скоростей 0,25; 50;
75;
W0 = w0 ´ М ´9,81 ´ 0,001
W0 = 1,08 * 4200 * 9,81 * 0,001 = 44,5 кН
табл. 5.1
|
Скорость движения V, км/ч |
0,25 |
50 |
75 |
100 |
|
Основное удельное сопротивление движению w0 , н/(кН) |
1,08 |
1,96 |
2,69 |
3,6 |
|
Основное сопротивление движению W0 , кН |
44,5 |
81 |
111 |
148 |
Построим по данным таблицы кривую на рис.2
5.1.3 Графически определим конечную скорость разгона поезда. Пересечение графиков W0 (V) и Fк (V) для 13-ой позиции даст численное значение конечной скорости разгона поезда Vк км/ч. Vк=97 км/ч.
5.1.4 Заполним таблицу расчёта времени и пути разгона поезда таблица 5.3 .
5.1.5 Построим графики скорости и времени в период разгона поезда на рис. 3 .
5.1.6 Вывод :
1. Время разщгона изменяется пропорционально при увеличении или уменьшении среднего значения пусковой силы тяги. Во сколько раз увеличится сила тяги, во столько раз уменьшится время разгона поезда и наоборот.
2. При разгоне сила тяги больше силы сопротивления движению и вследствии этого поезд разгоняется - движение с положительным ускорением. На подъёме возрастает сила сопротивления движению и при равенстве её силе тяги электровоза ускорение будет равно нулю - наступит установившееся движение. Когда сила сопротивления будет больше силы тяги, то поезд начнёт замедляться ( ускорение будет отрицательным). Из-за этого на подъёме время разгона увеличится, а на спуске уменьшится.
5.2 Управление электровозом при разгоне поезда.
5.2.1 Определим графически максимально возможный ток переключения по пусковой диаграмме ( рис.2 ) при параллельном соединение двигателей. Для работы уже выбран максимальный ток переключения, равный 475 А. При выборе большего тока на 11-й позиции произойдет бросок тока больше значения максимально допустимого в 831 А, что, в свою очередь, вызовет срабатывание аппаратов защиты.
5.2.2 При возможном увеличении тока переключения увеличатся средние токи для последовательного и параллельного соединения ТЭД, возрастёт сила тяги электровоза и его скорость. Графики V (S), t (S) на рис.3 будут достигать своих максимальных значении на меньшем расстоянии пройденного пути.
Рациональное ведение поезда - достижение максимальных скоростей за более короткое время, путём реализации максимальной силы тяги на безреостатных позициях при наличии максимальной массы поезда, рассчитанной по руковолящему подъёму. Технико- экономический эффект - снижение себистоимости перевозок грузов, экономия электроэнергии, эффективная эксплуатация ЭПС и вагонов.
Литература :
1. Конспект лекций.
2. Задание на курсовую работу с методическими указаниями.
3. Правила тяговых расчётов.
4. Введение в теорию движения поезда и принцыпы управления электроподвижным составом.
5. Теория электрической тяги.
1.03.97 года