Автор работы: Пользователь скрыл имя, 04 Октября 2015 в 09:46, курсовая работа
Электроподвижной состав имеет различное электрооборудование в зависимости от системы электрической тяги, т.е. от рода тока и номинального напряжения контактной сети. На магистральных железных дорогах получили распространение системы электрической тяги: постоянного тока с напряжением 3000 В, ЭПС переменного однофазного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением 25000 В.
0СОДЕРЖАНИЕ
\
ВВЕДЕНИЕ
Электроподвижной состав имеет различное электрооборудование в зависимости от системы электрической тяги, т.е. от рода тока и номинального напряжения контактной сети. На магистральных железных дорогах получили распространение системы электрической тяги: постоянного тока с напряжением 3000 В, ЭПС переменного однофазного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением 25000 В.
Система переменного тока промышленной частоты имеет ряд преимуществ по сравнению с системой постоянного тока. Поэтому дальнейшая электрификация железных дорог России ведется в основном по системе переменного тока. Однако это не означает, что электрическая тяга на постоянном токе полностью себя исчерпала. Благодаря применению на ЭПС импульсных преобразователей и повышению напряжения в контактной сети до 6000 – 12000 В появляются новые возможности и для этой системы тяги.
Вопросам теории работы электрооборудования, а также составлению и работе различных электрических схем, принципам регулирования и управления тяговыми двигателями в режимах тяги и электрического торможения уделено достаточно много внимания в общетехнической учебной и специальной литературе, рекомендуемой для изучения дисциплины “Системы управления ЭПС” и проектирования электрической части ЭПС.
В данном курсовом проекте рассмотрены расчеты параметров основного электрооборудования и рабочих характеристик ЭПС, разработка силовой схемы и алгоритма ее управления, составление схем цепей управления основным электрооборудованием и выбор систем системы защиты силовых цепей ЭПС на основе изучения по учебной литературе основных теоретических положений и методов расчета.
1 Проектирование систем управления электрическим подвижным составом переменного тока
1.2 Подготовка исходных данных для расчета характеристик тягового двигателя и в целом электровоза
Тип ЭПС переменного тока |
грузовой |
Регулирование напряжения |
Зонно-фазное |
Осевая формула |
30 - 30 |
Нагрузка на ось |
24 тс |
Номинальная скорость |
65 км/ч |
Мощность двигателя |
740 кВт |
Напряжение на зажимах ТЭД |
900 В |
Степень ослабления возбуждения: ОП1 ОП2 ОП3 |
0,8 0,7 0,4 |
1.2.1 Выбор исходных параметров и расчет номинальных величин заданного тягового двигателя
При проектировании электрической части электровоза необходимо знать следующие параметры тягового двигателя: номинальную мощность Рдн, ток Iн и напряжение Uдн; силу тяги Fкдн, скорость Vн и КПД hдн в номинальном режиме; сопротивление обмоток двигателя rд и его составляющих (обмотки якоря rя, обмотки возбуждения rв, обмотки дополнительных полюсов rдп и компенсационной обмотки rко). Кроме этих параметров, необходимо иметь характеристики тягового двигателя при номинальном напряжении; скоростную V= f (I), электротяговую Fкд= f(I), КПД hдн = f(I) и нагрузочную СФ = f(Iв). Часть из перечисленных параметров двигателя (Pдн , Uдн, Vн, hдн) задаются, а остальные рассчитываются.
Расчет номинальных величин тягового двигателя ведется по следующим формулам:
,
где Iн – номинальный ток двигателя, А; Рдн – номинальная мощность двигателя на его валу, кВт; Uдн – номинальное напряжение двигателя, В; hдн – КПД двигателя в номинальном режиме, который принимается по [1, стр. 6] hдн = 0,91.
,
где FКДН – сила тяги двигателя в номинальном режиме, кН; hзпн – КПД зубчатой передачи двигателя в номинальном режиме, hзпн=0,975; Vн – номинальная скорость движения поезда, км/ч.
Падение напряжения на сопротивлении обмоток двигателя SrД грузовых электровозов в номинальном режиме составляет около 3% от номинального напряжения двигателя. Следовательно,
,
В общем случае с учетом шунтирования обмотки возбуждения резистором (ослабления магнитного поля)
S rд = rя + rв ·b + rдн + rко , (1.4)
где b – коэффициент ослабления магнитного поля или иначе коэффициент регулирования возбуждения.
Сопротивление отдельных обмоток двигателя рекомендуется принимать по таблице 2.
Таблица 2 – Сопротивление обмоток тягового двигателя с компенсационной обмоткой
Обмотка |
Сопротивление обмоток |
якоря |
0,4×S rд = 0,1192 |
возбуждения (главные полюса) |
0,25×S rд / b0 = 0,0776 |
дополнительных полюсов |
0,1×S rд = 0,0298 |
компенсационная |
0,25×S rд = 0,0745 |
В таблице приведены следующие обозначения: b0 – коэффициент ослабления магнитного поля при постоянной шунтировке обмотки возбуждения резистором, b0=0,96 – для электровозов переменного тока (тяговые двигатели пульсирующего тока с наличием постоянной шунтировки обмотки возбуждения); S rд – суммарное сопротивление обмоток тягового двигателя.
Значит, в общем случае с учетом шунтирования обмотки возбуждения резистором (ослабления магнитного поля) описывается следующим образом.
S rд = 0,1192 + 0,0776·b + 0,0298+ 0,0745.
При b1 = 0,8; S rд = 0,2557 Ом, b2 = 0,7; S rд = 0,248 Ом, b3 = 0,4; S rд = 0,2247 Ом.
1.2.2 Расчет характеристик тягового двигателя при номинальном напряжении и полном поле
Расчет характеристик двигателя V = f(I) и FКД = f(I) ведем на основе использования некоторых обобщенных параметров задаваемых двигателей. В этом случае применяем так называемые универсальные характеристики двигателя, смысл которых заключается в следующем. Параметры I, V, FКД характеристик двигателя с коэффициентом насыщения его магнитной цепи 1,7–1,9 выражены в относительных долях от значений этих величин при номинальном режиме и приведены в таблице 3.
I / IН |
V / VН |
FКД / FКДН |
0,30 |
1,76 |
0,14 |
0,40 |
1,51 |
0,24 |
0,60 |
1,22 |
0,48 |
0,80 |
1,08 |
0,75 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,20 |
0,94 |
1,27 |
1,40 |
0,89 |
1,53 |
1,60 |
0,86 |
1,79 |
1,80 |
0,83 |
2,00 |
Текущие значения I, V, FКД характеристик V = f(I) и FКД = f(I) получают путем умножения относительных величин I/IН, V/VН, FКД/FКДН на соответствующие номинальные значения IН, VН и FКДН. Расчеты сводятся в таблицу 4, по данным которой и строим зависимости V = f(I) и FКД = f(I) (рисунок 1).
Таблица 4 – Скоростная V = f (I) и электротяговая FКД = f(I) характеристики двигателя
I = (I / IН) · IН |
V = (V / VН) · VН |
F = (FКД / FКДН) · FКДН |
314,67 |
96,8 |
7,5 |
419,56 |
83,05 |
12,86 |
629,34 |
67,1 |
25,73 |
839,12 |
59,4 |
40,2 |
1048,9 |
55 |
53,6 |
1258,68 |
51,7 |
68,07 |
1468,46 |
48,95 |
82,01 |
1678,24 |
47,3 |
95,04 |
1888,02 |
45,65 |
107,2 |
1.2.3 Расчет характеристик двигателя при номинальном напряжении и ослаблении магнитного поля
Исходными данными для этого расчета являются характеристики V = f(I) и Fкд = f(I) полного поля при номинальном напряжении, а также заданные величины коэффициентов регулирования возбуждения b1, b2, b3.
Расчет характеристик ослабленного поля основан на приближенном аналитическом способе пересчета характеристик полного поля, который заключается в том, что при неизменной скорости движения поезда (это обстоятельство возникает практически в первый момент времени при постановке ослабления поля вследствие большой механической постоянной времени электровоза с поездом) ток двигателя при ослабленном поле Iоп и ток двигателя при полном поле Iпп связаны отношением
Iоп = Iпп / b .
Тогда для IОП величина силы тяги двигателя при ослабленном поле
Fкд оп= Fкд пп / b . (1.6)
Результаты расчета
Таблица 5 – Характеристики V = f (I) и FКД = f (I) двигателя при ослабленном поле
I = IПП |
IОП 1 |
IОП 2 |
IОП 3 |
V |
FКД= FКД ПП |
FКД ОП 1 |
FКД ОП 2 |
FКД ОП 3 |
271,06 |
338,83 |
387,23 |
677,6 |
114,4 |
5,59 |
6,99 |
7,99 |
13,99 |
361,42 |
451,77 |
516,31 |
903,54 |
98,15 |
9,59 |
11,99 |
13,7 |
23,98 |
542,12 |
677,66 |
774,46 |
1135,3 |
79,3 |
19,18 |
23,98 |
27,4 |
47,95 |
722,83 |
903,54 |
1032,62 |
1807,0 |
70,2 |
29,97 |
37,46 |
42,81 |
74,93 |
903,54 |
1129,43 |
1290,77 |
2258,8 |
65 |
39,96 |
49,95 |
57,09 |
99,9 |
1084,25 |
1355,31 |
1548,93 |
2719,6 |
61,1 |
50,75 |
63,44 |
72,5 |
126,87 |
1264,96 |
1581,2 |
1807,08 |
3162,3 |
57,85 |
61,14 |
76,42 |
87,34 |
152,85 |
1445,66 |
1807,08 |
2065,23 |
3614,1 |
55,9 |
71,53 |
89,41 |
102,18 |
178,82 |
1627,36 |
2032,97 |
2323,39 |
4065,9 |
53,95 |
79,92 |
99,9 |
114,17 |
199,8 |
По данным таблицы 5 строятся характеристики V = f(I) и FКД = f(I) при полном поле и ослабленных полях ОП-1, ОП-2, ОП-3.
1.2.4 Расчет ограничения максимального тока двигателя по сцеплению колес с рельсами
Расчет ограничения максимального тока двигателя по сцеплению ведется на основе расчета кривой ограничения максимальной силы тяги двигателя по сцеплению FКД МАКС по формуле
FКД МАКС = y К · 2П, (1.7)
где 2П – нагрузка на ось колесной пары, кН; yК – расчетный коэффициент сцепления для грузовых электровозов переменного тока, для электровозов ВЛ80Р и ВЛ85 с плавным регулированием напряжения двигателя
. (1.8)
Для рассчитанных значений FКД МАКС по характеристике FКД = f(I) находят соответствующие значения токов двигателя IМАКС.
Результаты расчетов записываются в таблицу 6. Величины IМАКС для соответствующих значений V образуют зависимость IМАКС = f (V) – кривую ограничения максимального тока по сцеплению колес с рельсами. Полученная кривая IМАКС = f (V) наносится на характеристики двигателя V = f (I) и FКД = f (I) (рисунок 1).
Таблица 6 – Расчет ограничения максимального тока двигателя по сцеплению
V, км/ч |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
yК |
0,386 |
0,333 |
0,313 |
0,301 |
0,291 |
0,282 |
0,274 |
0,267 |
FКД МАКС, кН |
92,64 |
79,94 |
75,19 |
72,17 |
69,8 |
67,75 |
65,88 |
64,12 |
IМАКС, А |
1880 |
1610 |
1520 |
1440 |
1390 |
1360 |
1320 |
1310 |
Рисунок 1 – Характеристики тягового двигателя при номинальном напряжении