Проектирование систем управления электрическим подвижным составом переменного тока

 

UДО4 = 270 + (4 – 1) × 270 = 1080 В.

 

Таким образом, напряжение на двигателе на конце i-й зоны

 

UДi = UДОi – I · RЭПi ,                                         (1.37)

 

где RЭПi – приведенное эквивалентное сопротивление преобразователя на i-й зоне.

 

Таблица 9 – Зависимости ХТ/ХТН = f(UДО/UДОН) и rТ/rТН = f(UДО/UДН) в относительных единицах

 

UДО/UДОН	0	0,2	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0
ХТ/ХТН и rТ/rТН	0	0,1	0,3	0,38	0,48	0,7	1,0

 

 Значения ХТ , rТ и UДО характеристик ХТ = f(UДО) и rТ = f(UДО) получаются путем умножения относительных величин (ХТ/ХТН), (rТ/rТН), (UДО/UДОН) на соответствующие номинальные значения ХТН, rТН, UДОН.

Расчеты сводятся в таблицу 10, где UДОН = 1080 В, rСР = 0,0025Ом.

 

 

 

Таблица 10 – Расчет характеристик ХТ = f(UДО) и rТ = f(UДО)

 

ХТ = (ХТ/ХТН) ХТН	Ом	0	0,00622	0,01866	0,02363	0,02985	0,04354	0,0622
rТ = (rТ/rТН) rТН	Ом	0	0,0007464	0,002239	0,002836	0,003583	0,005225	0,007464
UДО = (UДО / UДОН) UДОН	В	0	216	432	540	648	864	1080

              

Результаты расчетов внешних характеристик преобразователя и инвертора сводятся в таблицы 11 и 12.

Таблица 11 – Внешние характеристики преобразователя в режиме

выпрямителя

 

Номер зоны	UДО, В	RЭП, Ом	IН, А	UД, В
1	270	0,010523	903,54	260,49
2	540	0,03002	903,54	512,86
3	810	0,03783	903,54	775,81
4	1080	0,04758	903,54	1037,006

 

Внешние характеристики инвертора (режим рекуперативного торможения) рассчитываются аналогично, но формулы расчета преобразуют к виду, соответствующему выбранному способу инвертирования. На электровозе ВЛ80р получил распространение способ инвертирования на постоянство угла запаса инвертора, т.е. δ = const.

Исходя из этого, для расчета внешних характеристик надо использовать формулу (1.31). Кроме этого, расчет DUПР в режиме инвертора ведут исходя из зависимости

RЭП = nДВ (0,7 ХТ – 0,7 rT – 1,04 rСР).

 

Таблица 12 – Внешние характеристики преобразователя в режиме

инвертора

 

Номер зоны	UДО, В	RЭП, Ом	IН, А	UД, В
1	233,82	0,006893	903,54	227,59
2	467,65	0,02222	903,54	447,57
3	701,48	0,02835	903,54	675,86
4	935,3	0,0360	903,54	902,76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблиц 11 и 12 строится внешние характеристики преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора.

 

 

Рисунок 11 – Внешние характеристики в режимах выпрямителя

 и инвертора электровоза  с плавным регулированием напряжения

 

1.8 Расчет и построение скоростных характеристик и пусковой диаграммы тягового двигателя электровоза

 

Расчет и построение скоростных характеристик V = f(I) тягового двигателя для всех ступеней регулирования выполняют по формуле

 

,                                        (1.38)

где UДОi – выпрямленное напряжение холостого хода преобразователя для   i-ой ступени регулирования, В; SrД – сопротивление обмоток тягового двигателя, Ом; RЭПi – приведенное эквивалентное сопротивление преобразователя для i-й ступени регулирования, Ом; CVФ – удельная ЭДС тягового двигателя, В/км/ч для заданного значения тока двигателя; I – расчетное значение тока тягового двигателя, А.

 

 

Расчет скоростных характеристик сводится в таблицу 13.

 

Таблица 13 – Скоростные  характеристики тягового двигателя для 4-х зон

 

IД/IН	I, А	IВ, А	CVФ	V, км/ч
				1 зона	2 зона	3 зона	4 зона
0,25	225,885	216,848	4,22	61,82	124,76	188,32	251,78
0,5	451,77	433,695	6,906	36,45	74,27	112,86	151,32
0,75	677,655	650,543	8,623	28,14	57,92	88,61	119,16
1	903,54	867,39	9,7	24,07	50,09	77,2	104,13
1,25	1129,425	1084,238	10,379	21,62	45,51	70,68	95,63
1,5	1355,31	1301,85	10,864	19,8	42,24	66,12	89,75

 

Скоростные характеристики при ослаблении поля возбуждения рассчитаны в таблице 14.

 

Таблица 14 – Скоростные  характеристики тягового двигателя при ослабленном поле возбуждении

 

ОП 1 β1 = 0,7	I/β1, А	UДО4, В	S rд1, Ом	RЭП4, Ом	CVФ	Ослабление поля
						V,км/ч
	282,3563	1080	0,2557	0,04758	4,22	235,632
	564,7125	1080	0,2557	0,04758	6,906	131,58
	847,0688	1080	0,2557	0,04758	8,623	95,45
	1129,425	1080	0,2557	0,04758	9,7	76,02
	1411,781	1080	0,2557	0,04758	10,379	62,8
	1694,138	1080	0,2557	0,04758	10,864	52,11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 14

 

ОП 2 β2 = 0,6	I/β2, А	UДО4, В	S rд2, Ом	RЭП4, Ом	CVФ	Ослабление поля
						V,км/ч
	322,69	1080	0,248	0,04758	4,22	233,32
	645,38	1080	0,248	0,04758	6,906	128,76
	968,07	1080	0,248	0,04758	8,623	92,06
	1290,77	1080	0,248	0,04758	9,7	72
	1613,46	1080	0,248	0,04758	10,379	58,1
	1936,15	1080	0,248	0,04758	10,864	46,73
ОП 2 β3 = 0,4	I/β3, А	UДО4, В	S rд3, Ом	RЭП4, Ом	CVФ	Ослабление поля
	564,71	1080	0,02143	0,04758	4,22	219,48
	1129,45	1080	0,02143	0,04758	6,906	111,85
	1694,13	1080	0,02143	0,04758	8,623	71,75
	2258,85	1080	0,02143	0,04758	9,7	47,93
	2823,56	1080	0,02143	0,04758	10,379	29,98
	3388,27	1080	0,02143	0,04758	10,864	14,49

 

Построение пусковой диаграммы на графике скоростных характеристик надо начать с тока трогания Iтр = 0,25 IН в виде плавной кривой линии, переходящей при V =10км/ч в вертикальную прямую линию при токе, равном IПУСК = const = IН. Окончание пуска произойдет при выходе прямой вертикальной линии на характеристику полного поля 4-й зоны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скоростные и пусковые характеристики представлены на рисунке 12.

 

Рисунок 12 – Скоростные характеристики тягового двигателя электровоза с плавным регулированием напряжения и пусковая диаграмма

 

 

1.9 Расчет и построение тяговых и тормозных характеристик электровоза

 

1.9.1 Тяговые характеристики электровоза

 

Питание тяговых двигателей электровоза выпрямленным напряжением преобразователя UД, зависящим от тока двигателя, изменяет вид зависимости     V = f(I), а следовательно, и FКЭ = f(V).

Расчет тяговых характеристик FКЭ = f(V) выполняют по формулам

 

,                                            (1.39)

 

FКЭ = 3,6 × nД × СV Ф ×h ЗП × I  ·10-3,                              (1.40)

где UД – напряжение на зажимах двигателя соответствующей позиции (зоны);    nД – число тяговых двигателей электровоза, nД = 6.

 

Расчет значений скорости V ведем для всех позиций (зон) регулирования, используя внешние характеристики UД = f (I) выпрямителя.

 

Максимальная сила тяги двигателя FКД.МАКС., допустимая по условиям сцепления, рассчитана в п. 1.2.4. Используя эти данные, рассчитывают кривую ограничения по сцеплению максимальной силы тяги электровоза

 

FКЭ.МАКС. = FКД.МАКС × nД.                                     (1.41)

 

В качестве ограничения по коммутационной устойчивости в тяговом режиме при последовательном возбуждении двигателя принимают тяговую характеристику высшей ступени регулирования на последней ступени ослабления поля, т.е. при заданном b 3.

Ограничение по максимальной скорости зависит чаще всего от конструкции электровоза. Обычно максимальную конструкционную скорость электровоза принимают FМАКС. КОНСТР. = 2VН.

Расчет тяговых характеристик электровоза сводим в таблицу 14.

 

Таблица 15 – Тяговые  характеристики электровоза

 

Ток двигателя	CvФ, В/км/ч		Fкэ, кН	V, км/ч по зонам
I, А				1	2	3	4	ОП-1	ОП-2	ОП-3
225,85	4,22	4,22		61,82	124,76	188,32	251,78	235,63	233,32	219,48
451,77	6,906	6,906		36,45	74,27	112,86	151,32	131,58	128,76	111,85
677,65	8,623	8,623		28,14	57,92	88,61	119,16	95,45	92,06	71,75
903,54	9,7	9,7		24,07	50,09	77,2	104,13	76,02	72	47,93
1129,425	10,379	246,87		21,62	45,51	70,68	95,63	62,8	58,1	29,98
1355,31	10,864	310,08		19,8	42,24	66,12	89,75	52,11	46,73	14,49