Расчёт скоростных характеристик электровоза постоянного тока при реостатном регулировании табл. 3. 1 1 2 3 4 5 6 7 Ток двигателя I , А 150 310 475 595 715 831 Удельная ЭДС, СvФ, В/(км/ч) 15, 6 24, 7 29, 8 32 33, 2 34 Сила тяги эл-за Fкд , кН 122 253 387 485 583 677 Позиция Напряжение питания Uc В
Сопротивление цепи, отнесённое к двигателю, (Rn’ + rд ), Ом Скорость движения V, км/ч 1 750 1, 58 32, 9 10, 6 0, 02 -6 11, 4 16, 6 2 750 1, 32 35, 4 13, 8 4, 12 -1, 1 -5, 8 10, 2 3 750 1, 06 37, 9 17, 1 8, 3 3, 7 -0, 2 -3, 8 4 750 0, 82 40, 3 20, 2 12, 2 8, 4 5, 1 2, 3 5 750 0, 56 42, 7 23, 3 16, 2 13 10, 5 8, 4 6 750 0, 34 44, 8 26, 1 19, 7 17, 1 15, 3 13, 7 7 750 0, 12 47 29 23, 3 21, 2 20 19, 1 8 1500 1, 58 81 40, 9 25, 2 17, 5 11, 2 5, 5 9 1500 1, 06 86 47, 4 33, 4 27, 2 22, 4 18, 2 10 1500 0, 56 91 53, 7 41, 4 36, 5 33, 1 30, 4 11 1500 0, 12 95 59, 2 48, 4 44, 6 42, 6 41, 2 Табл. 5. 3 Численное значение интервала скорости Интервал скорости V, км/ч Vср, км/ч DUср, км/ч Fк ср, км/ч W0, Н/кН W0 ср, кН Fк ср= W0 ср, кН D t, c t, c DS, m S, m 0-10 5 10 470 1, 13 47 423 27, 6 27, 6 38, 3 38, 3 10-20 15 10 470 1, 26 52 418 28, 0 55, 6 117 155, 3 20-21, 5 20-Д 20, 75 1, 5 470 1, 4 56 414 4, 2 59, 8 24 179, 3 21, 5-30 Д-30 25, 75 8, 5 525 1, 44 60 465 21, 3 81, 1 152, 4 331, 7 30-40 35 10 525 1, 62 68 457 25, 6 106, 7 249 580, 7 40-44 40-А 42 4 525 1, 77 72 453 10, 3 117 120, 2 701 44-53, 5 А-В 48, 75 9, 5 476 1, 9 80 396 28 145 379, 2 1080 53, 5-69 В-С 61, 3 15, 5 388 2, 3 92 296 61 206 1040 2120 69-83 76 14 272 2, 7 112 160 102 308 2155 4273 83-97 90 14 186 3, 2 132 54 302 610 7550 11830 Российский Государственный Открытый Технический Университет Путей Сообщения. Курсовая работа по дисциплине “Электрические железные дороги”
на тему: “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: 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.
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
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 Построим по данным таблицам графики СvФ(I) и Fкд(I) ( приложение 1). Силовая электрическая цепь электровоза постоянного тока. 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
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. Приведём таблицу замыкания контакторов.
Запишем в таблицу замыкания контакторов значения сопротивления реостата на каждой позиции.
Семейство скоростных характеристик электровоза и пусковая диаграмма. Электротяговая характеристика электровоза
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 Заполним расчётную таблицу.
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.
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 Расчёт массы поезда.
4. 1 Выберем и обоснуем , исходя из полного использования силы тяги электровоза, расчётное значение силы тягиFкр и соответсвующую ей расчётную скорость Vр. Из табл. 3. 3 выберем наибольшее значение Fкрпотому, что наибольшая сила , реализуемая электровозом, необходима для преодоления сил сопротивления движениюW , 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 км\ч.
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 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 Анализ работы системы управления электровозом при разгоне.
Построим тяговые характеристики для 7; 11; 12; 13 позиции на рис. 2 Рассчитаем и построим характеристики основного сопротивления движения для скоростей 0, 25; 50; 75; 100 км/ч, результаты занесём в таблицу 5. 1 W0 = w0 ґ М ґ9, 81 ґ 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
Графически определим конечную скорость разгона поезда. Пересечение графиковW0 (V) и Fк (V) для 13-ой позиции даст численное значение конечной скорости разгона поезда Vк км/ч. Vк=97 км/ч.
Заполним таблицу расчёта времени и пути разгона поезда таблица 5. 3 .
Построим графики скорости и времени в период разгона поезда на рис. 3 . Вывод :
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.
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. Управление электровозом при разгоне поезда.
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.
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 : Конспект лекций. Задание на курсовую работу с методическими указаниями. Правила тяговых расчётов.
Введение в теорию движения поезда и принцыпы управления электроподвижным составом. Теория электрической тяги. 1. 03. 97 года Таблица замыкания контакторов электровоза постоянного тока Табл. 2. 1 Позиция Контакторы Регулируемые параметры ЛК М П1 П2 1 2 3 4 5 6 7 8 Ш1 Ш2 Ш3 Ш4 Uc’, В R, Ом b 1 + + + + 750 5, 84 1, 0 2 + + + + + 750 4, 79 1, 0 3 + + + + + + 750 3, 74 1, 0 4 + + + + + + + 750 2, 75 1, 0 5 + + + + + + + + 750 1, 76 1, 0 6 + + + + + + + + + 750 0, 88 1, 0 7 + + + + + + + + + + 750 0 1, 0 8 + + + + + 1500 2, 92 1, 0 9 + + + + + + + 1500 1, 87 1, 0 10 + + + + + + + + + 1500 0, 88 1, 0 11 + + + + + + + + + + + 1500 0 1, 0 12 + + + + + + + + + + + + + 1500 0, 12 0, 62 13 + + + + + + + + + + + + + + + 1500 0, 6 0, 4