Анализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда

Расчёт скоростных характеристик электровоза

постоянного тока при реостатном регулировании


табл. 3.1

1234567

Ток двигателя I ,А

150310475595715831

Удельная ЭДС, СvФ, В/(км/ч)

15,624,729,83233,234

Сила тяги эл-за Fкд , кН

122253387485583677
Позиция

Напряжение питания Uc В

Сопротивление цепи, отнесённое к двигателю, (Rn’ + rд ), Ом

Скорость движения V, км/ч

17501,5832,910,60,02-611,416,6
27501,3235,413,84,12-1,1-5,810,2
37501,0637,917,18,33,7-0,2-3,8
47500,8240,320,212,28,45,12,3
57500,5642,723,316,21310,58,4
67500,3444,826,119,717,115,313,7
77500,12472923,321,22019,1
815001,588140,925,217,511,25,5
915001,068647,433,427,222,418,2
1015000,569153,741,436,533,130,4
1115000,129559,248,444,642,641,2










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

5104701,134742327,627,638,338,3

10-2015104701,265241828,055,6117155,3
20-21,520-Д20,751,54701,4564144,259,824179,3
21,5-30Д-3025,758,55251,446046521,381,1152,4331,7

30-4035105251,626845725,6106,7249580,7
40-4440-А4245251,777245310,3117120,2701
44-53,5А-В48,759,54761,98039628145379,21080
53,5-69В-С61,315,53882,3922966120610402120
69-83
76142722,711216010230821554273
83-97
90141863,213254302610755011830

Российский Государственный Открытый Технический

Университет Путей Сообщения.


Курсовая работа


по дисциплине ВлЭлектрические железные дорогиВ»


на тему: ВлАнализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда.В»


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


РАiЕТ:

  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. 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)
15015,6
31024,7
47529,8
59532
71533,2
83134

  1. 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, АНоминальная ЭДС , В/(км/ч)Сила тяги, кН
15015,68
31024,726,2
47529,848,4
5953265
71533,281,2
8313496,6

  1. Построим по данным таблицам графики СvФ(I) и Fкд(I)

( приложение 1).


  1. Силовая электрическая цепь электровоза

постоянного тока.


  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

  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.

  1. Приведём таблицу замыкания контакторов.

  2. Запишем в таблицу замыкания контакторов значения сопротивления реостата на каждой позиции.


  1. Семейство скоростных характеристик электровоза и пусковая диаграмма. Электротяговая характеристика электровоза


  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


  1. Заполним расчётную таблицу.

  2. 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 |bhF * 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, А310475595715831

Коэффициент регулировки b=0,62

Ток возбуждения Iв , А

192295369443515

Удельная ЭДС | CVФ |b,В/км/ч

18,424,126,929,230,7

Сила тяги ТЭД Fкд, кН

19,539,2557187

Сила тяги эл-за Fк ,кН

156313438568696
Скорость движения км/ч80,360,854,15047

Коэффициент регулировки b=0,4

Ток возбуждения Iв , А

124190238286332

Удельная ЭДС | CVФ |b,В/км/ч

1418,421,223,625,5

Сила тяги ТЭД Fкд, кН

1530435872

Сила тяги эл-за Fк ,кН

119240345462580
Скорость движения км/ч10680,2696257,2

| 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.


  1. 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 , А546594
позиция7111213

Скорость V, км/ч

22445469

Сила тяги ТЭД Fкд, кН

58655543

Сила тяги эл-за Fк ,кН

470525440345

  1. 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.


  1. 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


  1. 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


  1. Анализ работы системы управления

электровозом при разгоне.


  1. Построим тяговые характеристики для 7; 11; 12; 13 позиции на рис. 2

  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 ТС М ТС9,81 ТС 0,001

W0 = 1,08 * 4200 * 9,81 * 0,001 = 44,5 кН


табл. 5.1

Скорость движения V, км/ч

0,255075100

Основное удельное сопротивление движению w0 , н/(кН)

1,081,962,693,6

Основное сопротивление движению W0 , кН

44,581111148

Построим по данным таблицы кривую на рис.2


  1. 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.


  1. Заполним таблицу расчёта времени и пути разгона поезда таблица 5.3 .


  1. Построим графики скорости и времени в период разгона поезда на рис. 3 .


  2. Вывод :

  3. 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.

  4. 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.


  1. Управление электровозом при разгоне поезда.


  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.


  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

ПозицияКонтакторыРегулируемые параметры

ЛКМП1П212345678Ш1Ш2Ш3Ш4

Uc’,В

R,Ом

b

1++--------++----7505,841,0
2++--+-----++----7504,791,0
3++--++----++----7503,741,0
4++--+++---++----7502,751,0
5++--++++--++----7501,761,0
6++--+++++-++----7500,881,0
7++--++++++++----75001,0
8+-++----++------15002,921,0
9+-++++--++------15001,871,0
10+-++++++++------15000,881,0
11+-++++++++++----150001,0
12+-++++++++++++--15000,120,62
13+-++++++++++++++15000,60,4

Вместе с этим смотрят:


11-этажный жилой дом с мансардой


14-этажный 84-квартирный жилой дом


16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре


180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке


2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном