Анализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда
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:
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 км\ч.
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; 100 км/ч, результаты занесём в таблицу
5.1
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
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
|
