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
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.
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