Системы управления электроподвижным составом

 

 

 

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

 

                                                        U_ДОi – I (S r_Д + R_ЭПi)

V = –––––––––––––––– ,                             (1.79)

                                                                        C_VФ

где U_ДОi – выпрямленное напряжение холостого хода преобразователя для 1-й ступени регулирования, В;

Sr_Д – сопротивление обмоток тягового двигателя, Ом;

R_ЭПi – приведенное эквивалентное сопротивление преобразователя для i-й ступени регулирования, Ом;

C_VФ – удельная ЭДС тягового двигателя, В/км/ч для заданного значения тока двигателя;

I – расчетное значение  тока тягового двигателя, А.

 

 Таблица 2.10 – Скоростные  характеристики тягового двигателя

Iд/Iдн	0,25	0,5	0,75	1	1,25	1,5
Iд	278	556	834	1112	1390	1668
Iв	267	534	801	1068	1335	1602
СvФ	7,095	11,613	14,5	16,31	17,452	18,267
зона
1	33	19,01	14,31	11,9	11,12	9,17
2	67,34	39,65	30,57	26,12	23,43	21,44
3	101,59	60,2	46,72	40,21	36,33	33,52
4	135,66	80,51	62,58	53,95	48,84	45,16
оп1
Iв	197,38	394,76	592,1	789,5	986,9	1184
СvФ	5,04	8,25	10,3	11,58	12,39	12,97
V	192,55	115,26	90,43	75,99	72,02	67,29
оп2
Iв	158,5	316,9	425,3	567,1	708,9	850,7
СvФ	3,62	5,92	7,4	8,32	8,9	9,32
V	269,15	161,93	128,09	112,24	103,35	97,19
оп3
Iв	114	228	342	456	570	684
СvФ	2,9	4,76	5,95	6,68	7,15	7,49
V	337,49	203,24	160,7	141,45	130,57	123,14

 

Скоростные и пусковые характеристики представлены на рисунке

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

 

1.8.1. Построение семейства скоростных характеристик для электровоза с плавным регулированием напряжения

 

Для зон 1 ¸ 4 расчет точек скоростных характеристик ведут для конца каждой зоны при токах двигателя, равных 0,25I_Н; 0,5I_Н; 0,75I_Н; I_Н и 1,5I_Н (расчетные значения тока двигателя).

 

Величины С_VФ для этих значений тока определяют из графика кривой намагничивания С_VФ = f (I_В), рассчитанной в п. 1.2.5, значения U_ДОi и R_ЭПi получены в п. 1.7.2, а величина  Sr_Д – в п. 1.2.1.

 

Расчет скоростных характеристик  при ослабленном поле возбуждения  производится для 4-й зоны регулирования. На график скоростных характеристик  наносится кривая ограничения максимального  тока по сцеплению колес с рельсами V = f (I_{МАКС.СЦ}) и прямая линия ограничения V_{МАКС.КОНСТР.} = 2V_Н.

 

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

 

 

 

1.9. Расчет и  построение тяговых и тормозных  характеристик электровоза

 

1.9.1. Тяговые  характеристики электровоза

 

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

Расчет тяговых характеристик F_КЭ = f(V) выполняем по формулам:

 

U_Д – I Sr_Д

V = ––––––––– ,                                            (1.83)

C_VФ

F_КЭ = 3,6 × n_Д × С_V Ф ×h _ЗП × I  ·10^-3,                              (1.84)

 

где U_Д – напряжение на зажимах двигателя соответствующей позиции (зоны); где n_Д – число тяговых двигателей электровоза.

 

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

 

На сетке тяговых  характеристик после характеристики наивысшей ступени регулирования  строят характеристики ослабления поля для b ₁, b ₂ и b ₃. На электровозах в тяговом режиме при двигателях последовательного возбуждения обычно учитывают ограничения по сцеплению, коммутационной устойчивости и максимальной скорости, которые наносят на сетку тяговых характеристик электровоза.

Максимальная сила тяги двигателя F_{КД.МАКС.}, допустимая по условиям сцепления, рассчитана в п. 1.2.4. Используя эти данные, рассчитываем кривую ограничения по сцеплению максимальной силы тяги электровоза

 

F_{КЭ.МАКС.} = F_{КД.МАКС} n_Д .                                            (1.85)

 

 

 

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 F_{МАКС.КОНСТР.} = 2V_Н.

 

Расчет тяговых характеристик  электровоза сводим в таблицу 2.11.

Таблица 2.11 – Тяговые  характеристики электровоза

 

I, А	CVФ	FКЭ ,кН	V,км/ч
			1 зона	2 зона	3 зона	4 зона	ОП1	ОП2	ОП3
278	7,095	52,5	33	67,34	101,59	135,66	192,55	269,15	337,49
556	11,613	172,01	19,01	39,65	60,2	80,51	115,26	161,93	203,24
834	14,5	322,16	14,31	30,57	46,72	62,58	90,43	128,09	160,7
1112	16,31	483,16	11,9	26,12	40,21	53,95	75,99	112,24	141,45
1390	17,452	646,24	11,12	23,43	36,33	48,84	72,02	103,35	130,57
1668	18,267	811,7	9,17	21,44	33,52	45,16	67,29	97,19	123,14

 

Тяговые  характеристики  и их ограничения представлены на рисунке 2.12

 

Рисунок 2.12 - Тяговые  характеристики  и их ограничения: по сцеплению F_{кд макс}, по коммутации ОП – 3, по максимальной скорости Vмакс

 

 

 

 

 

1.9.2. Тормозные  характеристики электровоза переменного тока

Необходимость расчета  и построения тормозных характеристик  электровоза возникает в том случае, когда электровоз оборудован схемой электрического торможения: реостатного или рекуперативного. При переводе электрической схемы электровоза из режима тяги в режим электрического торможения тяговые двигатели последовательного возбуждения переводятся в режим генератора чаще всего с независимым возбуждением. Этот перевод изменяет электротяговые характеристики тягового двигателя (генератора) электровоза.

Для системы рекуперативного торможения расчет скоростных характеристик при независимом возбуждении генератора выполняют на основе использования нагрузочных характеристик С_VФ = f (I_В) и внешних характеристик U_Д=f(I) по формуле

 

,                               (1.86)

 

где   Sr′_Д – сопротивление якорной цепи двигателя без сопротивления обмотки возбуждения Sr′_Д = 0,75× Sr_Д;

R_Б – сопротивление балластного резистора, примем для электровоза ВЛ80^р R_Б=0,145 Ом.

Для расчётов выбирается определенное значение тока возбуждения I_B (примерно I_B = I_H) и рассчитываем значения скорости V для ряда значений тока двигателя I при напряжении U_Д = f (I) i-й ступени регулирования напряжения (позиции или зоны). Расчет ведется по внешним характеристикам преобразователя U_Д = f (I) на границах зон или ходовых позиций.

Далее рассчитывается значения тормозной силы электровоза В_КЭ

 

,                            (1.87)

 

где   h _ЗП – коэффициент, учитывающий потери в зубчатой передаче в процессе преобразования энергии;

h _Д – коэффициент, учитывающий потери силы в двигателе.

 

Используя рассчитанные значения V и В_КЭ для одних и тех же значений I, строится сетка тормозных характеристик электровоза В_КЭ = f (V).

 

Тормозные  характеристики электровоза

 

I, А	CVФ	ВКЭ ,кН	V,км/ч
			1 зона	2 зона	3 зона	4 зона
352,82	9,7	81,53	26,63	47,14	67,65	88,27
705,65	9,7	163,1	33,17	54,11	75,04	96,19
1058,5	9,7	244,6	39,71	61,07	82,42	104,1
1411,3	9,7	326,1	46,25	68,04	89,81	112
1764,1	9,7	407,6	52,79	75	97,19	120
2116,9	9,7	489,2	59,33	81,97	104,6	127,9

 

На сетку тормозных  характеристик наносят ограничения: по сцеплению, коммутационной устойчивости, максимальной скорости.

Расчет максимальной силы торможения электровоза R_{КЭ.МАКС.}, допускаемой по условиям сцепления, производится исходя из того, что коэффициент сцепления при рекуперативном торможении для всех электровозов принимается y _Р = 0,8 y _К [2]. Следовательно, во всем диапазоне скоростей В_{КЭ.МАКС.СЦ}. = 0,8 F_{КЭ.МАКС.СЦ.}.

Ограничение по коммутационной устойчивости в режиме электрического торможения при независимом возбуждении генератора рассчитывается исходя из условия I_В/I=0,5. Следовательно, во всем диапазоне изменения тока двигателя I С_VФ определяется по нагрузочной характеристике для токов I_В = 0,5 I, и кривая ограничения строится только для высшей ступени регулирования.

 

Таблица 2.13 – Расчёт кривой ограничения по коммутационной устойчивости

I, А	CVФ	ВКЭ ,кН	V, км/ч
295,32	147,7	1,642	11,55
590,64	295,3	3,237	45,55
885,96	443	4,283	90,39
1181,3	590,6	5,269	148,3
1476,6	738,3	5,937	208,8
1771,9	886	6,545	276,3

 

Ограничение по максимальной скорости определяется из условия

 

V_{МАКС.КОНСТР.} = 2V_H .                                         (1.88)

Рисунок 2.13 – Тормозные  характеристики электровоза. Ограничения :

F _{кд макс} – по сцеплению, АВ – по коммутационной устойчивости, V_макс – по максимальной скорости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе выполнения курсового  проекта были спроектированы системы  управления электровозом ВЛ80^р с плавным регулированием напряжения на обмотках тяговых двигателей. Был произведён расчёт внешних характеристик преобразователя и инвертора, рассчитаны основные параметры тягового трансформатора, обмоток двигателя, построены скоростные характеристики и тормозные характеристики электровоза с учётом ограничений по скорости, по сцеплению и по коммутации.