Системы управления электроподвижным составом

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

 

 

 

 

 

Кафедра «Электроподвижной  состав»

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Системы управления электроподвижным составом»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:.

Шифр:

Проверил:.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проектирование систем  управления электрическим подвижным  составом переменного тока.

 

1. Цель и задачи проектирования.

 

Восьмиосные двухсекционные электровозы переменного тока ВЛ-80 всех разновидностей, оборудованные коллекторными тяговыми электродвигателями, являются основными грузовыми локомотивами железнодорожных линий, электрифицированных на переменном токе напряжением 25 кВ 50 Гц. Эти электровозы первоначально строились с установками, преобразующими переменный ток высокого напряжения в постоянный пульсирующий ток более низкого напряжения с помощью тягового трансформатора и игнитронных выпрямителей (1962-1964 гг.), а затем начиная с 1964 г. - с кремниевыми выпрямителями (электровозы ВЛ80к). С 1970 г. электровозы серийно выпускались с аппаратами для осуществления электрического реостатного торможения. Первые из них, получившие обозначение ВЛ80т изготавливались до июля 1980 г. Индекс Т указывает на возможность реостатного торможения.

 

2. Подготовка исходных данных для расчета характеристик тягового двигателя и в целом электровоза.

Исходные данные

 

Тип электровоза	грузовой
Осевая формула	ПД-8
Мощность двигателя	900 кВт
Напряжение на зажимах  двигателя	875 В
Ступени ослабления возбуждения ТЭД	0,71; 0,57; 0,41;
Нагрузка на ось	25
Скорость движения в  номинальном режиме	52
КПД зубчатой передачи	0,925
Регулирование напряжения на ТЭД	плавное
Тип электрического торможения	рекуперативное

 

1. Выбор исходных параметров и расчет номинальных величин заданного тягового двигателя.

 

При проектировании электрической  части электровоза необходимо знать  следующие параметры тягового двигателя: номинальные мощность Р_дн, ток I_Н и напряжение U_ДН; силу тяги F_КДН, скорость V_н и КПД h_дн в номинальном режиме; сопротивление обмоток двигателя a r_Д и его составляющих (обмотки якоря r_Я, обмотки возбуждения r_В, обмотки дополнительных полюсов r_ДП и компенсационной обмотки r_КО). Кроме этих параметров, необходимо иметь характеристики тягового двигателя при номинальном напряжении: скоростную V= f (I), электротяговую F_КД = f(I), КПД h_дн=f(I) и нагрузочную СФ=f(I_В). Часть из перечисленных параметров двигателя (P_ДН , U_ДН, V_Н, h_дн) задают, а остальные рассчитываются.

 

Расчет номинальных  величин тягового двигателя ведут по следующим формулам:

 

Р_дн · 10³

I_Н = ––––––––– ,                                              (1.1)

U_дн · h_дн

 

 

где I_Н – номинальный ток двигателя, А; Р_ДН – номинальная мощность двигателя на его валу, кВт; U_ДН – номинальное напряжение двигателя, В; h_дн – КПД двигателя в номинальном режиме.

900 · 10³

.           I_Н = ––––––––––––– =1112 А

875 · 0,925

 

3,6 ∙P_дн · h_зпн

F_КДН = ———––––—,                                            (1.2)

V_н

 

 

где F_КДН – сила тяги двигателя в номинальном режиме, кН; h_зпн – КПД зубчатой передачи двигателя в номинальном режиме h_зпн=0,975; V_Н – номинальная скорость движения поезда, км/ч.

                                               3,6 ∙900 · 0,925

F_КДН = ———––––––– =57,63 кН

52

 

Падение напряжения на сопротивлении  обмоток двигателя Sr_Д грузовых электровозов в номинальном режиме составляет около 3% от номинального напряжения двигателя. Следовательно,

 

0,03∙U_дн

 Sr_Д = –––––––– .                                              (1.3)

I_н

 

                                                     0,03∙ 875

Sr_Д = –––––––– =0,024 Ом

       1112

В общем случае с учетом шунтирования обмотки возбуждения  резистором (ослабления магнитного поля)

 

Sr_Д = r_я + r_в ·b + r_дн + r_ко ,                                    (1.4)

 

где b – коэффициент ослабления магнитного поля или иначе коэффициент регулирования возбуждения.

 

Сопротивление отдельных  обмоток двигателя рекомендуется  принимать по табл. 1.1.

 

Таблица 1.1 - Сопротивление  обмоток тягового двигателя с  компенсационной обмоткой.

 

Обмотка	Сопротивление обмоток
якоря	0,4 SrД =0,0096
возбуждения(главные  полюса)	0,25 SrД / b0=0,00625
дополнительных полюсов	0,1 SrД=0,0024
компенсационная	0,25 SrД = 0,006

 

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); Sr_Д – суммарное сопротивление обмоток тягового двигателя.

Sr_Д = 0,0096+ 0,00625 ·b + 0,0024 + 0,006

 

b	SrД
0,71	0.022
0,57	0.022
0,41	0.020

 

2. Расчет характеристик тягового двигателя при номинальном напряжении и полном поле

 

Расчет характеристик  двигателя V=f(I) и F_КД = f(I) ведем на основе использования некоторых обобщенных параметров задаваемых двигателей. В этом случае применяем так называемые универсальные характеристики двигателя [1], смысл которых заключается в следующем. Параметры I, V, F_КД 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 табл. 1.2.

Таблица 1.2 - Универсальные  характеристики двигателя

 

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, F_КД характеристик V=f(I) и F_КД=f(I) получают путем умножения относительных величин I/I_Н, V/V_Н, F_КД/F_КДН на соответствующие номинальные значения I_Н, V_Н и F_КДН. Расчеты сводим в табл. 1.3, по данным которой и строим зависимости V=f(I) и F_КД=f(I) (рис. 1.1).

 

Таблица 1.3 - Скоростная V=f(I) и электротяговая FКД = f(I) характеристики двигателя.

 

I = (I / IН) · IН	V = (V / VН) · VН	F = (FКД / FКДН) · FКН
333,6	91,52	8,068
444,8	78,52	13.831
667,2	63,44	27,662
889,6	56,16	43,223
1112	52	57,63
1334,4	48,88	73,19
1556,8	46,28	88,174
1779,2	44,72	103,158
2001,6	43,16	115,26

 

 

1.2.3. Расчет  характеристик двигателя при  номинальном напряжении и ослаблении  магнитного поля

 

Исходными данными для  этого расчета являются характеристики V = f(I) и F_КД = 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 I_ОП и ток двигателя при полном поле I_ПП связаны отношением

 

I_ОП = I_ПП / b .                                                 (1.5)

 

Тогда для I_ОП величина силы тяги двигателя при ослабленном поле

 

F_{КД ОП}= F_{КД ПП} / b .                                      (1.6)

 

 Результаты расчета  характеристик двигателя при  ослабленном поле сводим в  табл. 1.4.

 

Таблица 1.4 - Характеристики V=f(I) и F_КД=f(I) двигателя при ослабленном поле

I = IПП	IОП 1	IОП 2	IОП 3	V	Fкд=Fкдпп	FКД ОП 1	FКД ОП 2	FКД ОП 3
333,6	469,86	585,26	813,66	91,52	8,068	13,36	14,15	19,68
444,8	626,48	780,35	1084,88	78,52	13.831	19,48	24,27	33,73
667,2	939,72	1170,53	1627,32	63,44	27,662	38,96	48,53	67,47
889,6	1252,96	1560,7	2169,76	56,16	43,223	60,88	75,83	105,42
1112	1566,2	1950,88	2712,2	52	57,63	81,17	101,11	140,56
1334,4	1879,44	2341,05	3254,63	48,88	73,19	103,08	128,40	178,51
1556,8	2192,68	2731,22	3797,07	46,28	88,174	124,19	154,69	215,06
1779,2	2505,92	3121,4	4339,51	44,72	103,158	145,29	180,98	251,61
2001,6	2819,15	3511,58	4881,95	43,16	115,26	162,34	202,21	281,12