Анализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда

Анализ работы системы управления электровозом постоянного тока при разгоне грузового поезда

Исходные данные: Номинальная мощность на валу тягового двигателя Р дн , кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . 670 Номинальная скорость движения электровоза V n , км/ч . . . . . . . . . . . . . 48,4 Руководящий подъём i р, % 0 . . . . . . . 11 Номинальное напряжение тягового электрического двигателя (ТЭД) U дн , В . . . . . . . . . . . . 1500 Номинальный КПД ТЭД h д . . . . . . 0,94 Коэффициент потерь силы тяги в процессе реализации тягового усилия h F . . . . . . . . 0,95 Сопротивление обмоток ТЭД r д , Ом . . . . . 0,12 Напряжение в контактной сети постоянного тока U с , В . . . . . . . . . . 3000 Коэффициент 1-й ступени регулирования возбуждения ТЭД b 1 , . . . . . . . . . . . . 0,62 Коэффициент 2-й ступени регулирования возбуждения ТЭД b 1 , . . . . . . . . . . . 0,40 РАСЧЕТ: 1.1 Рассчитаем номинальный ток ТЭД I н , А. Р дн 1000 I н = U дн h д , где Р дн - мощность ТЭД U дн - напряжение ТЭД h д - номинальный КПД ТЭД 670000 I н = 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* I н . Расчеты представим в виде табл. 1.1 1,75* I н =1,75*475=831 А C V Ф =35,5(1- е ) , где С v Ф = Е удельная ЭДС V C v - конструкционная постоянная Ф - магнитный поток I В - ток ТЭД С v Ф =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 F кд =3,6 С v Ф н I h F *0,001 , где F кд - сила тяги электровоза, кН С v Ф н - ЭДС, В/(км/ч) I - ток двигателя, А h F - коэффициент потерь силы тяги F кд = 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 С v Ф( I ) и F кд ( I ) ( приложение 1). 2. Силовая электрическая цепь электровоза постоянного тока. 2.1.1 Приведём чертёж схемы силовой цепи электровоза: ш3 ЛК Ш1 R ш1 R ш2 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 R ш1 R ш2 Ш2 Ш4 2.2.1 Рассчитаем сопротивление секций реостата с точностью до двух знаков после запятой. R a =0,18 R тр ; R б =0,17 R тр ; R в =0,15 R тр , где R тр - сопротивление троганья, Ом U c R тр = I тр -4 r д , где I тр - ток трогания, равен току I н , А r д - сопротивление обмоток ТЭД, Ом U c - напряжение в контактной сети, В 3000 R тр = 475 - 4 * 0.12 = 5,84 Ом R a =0,18 * 5,84 = 1,05 Ом R б = 0,17 * 5,84 = 0,99 Ом R в = 0,15 * 5,84 = 0,88 Ом 2.2.2 Рассчитаем сопротивление шунтирующих резисторов R Ш1 и R Ш2 с точностью до 2-х знаков b 2 R Ш2 = 1- b 2 * 2 * r в , где R Ш - сопротивление шунтирующих резисторов b 2 - коэффициент возбуждения r в - сопротивление обмотки возбуждения, r в = 0,3 * r д , где r д - сопротивление обмоток ТЭД, r в =0,036 Ом 0,4 R Ш2 = 1 - 0,4 * 2 * 0,036 = 0,6 Ом 0,62 R Ш2+ R Ш1 = 1 -0,62 * 2 * 0,036 = 0,12 Ом R Ш1= 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: R n R n ’ + r д = m + r д , где R n ’ - сопротивление реостата на n -ой позиции, отнесённое к ТЭД r д - сопротивление ТЭД m - число последовательно соединёных двигателей. R n - сопротивление реостата на n -ой позиции U c ’ - I i ( R n ’ + r д ) V ni = С v Ф i , где С v Ф i - магнитный поток на позиции U c ’ - напряжение питания ТЭД R n ’ + 0,12 = 1,46 + 0,12 Ом 750- 150 (1,58) V ni = 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 F кд ; F к ; V при b 1 и b 2 , заполним таблицу 3.2 F кд = 3,6 | C V Ф | b I д h F * 0,0001 , где F кд - сила тяги ТЭД, кН | C V Ф | b - ЭДС при ступени регулирования h F - коэффициент потерь силы тяги = 0,95 F к = F кд * 8 , где 8 - число ТЭД U c ’ - I r д V = | C V Ф | b , где U c ’- напряжение питания ТЭД табл. 3.2

Ток ТЭД, А 310 475 595 715 831
Коэффициент регулировки b =0,62
Ток возбуждения I в , А 192 295 369 443 515
Удельная ЭДС | C V Ф | b ,В/км/ч 18,4 24,1 26,9 29,2 30,7
Сила тяги ТЭД F кд , кН 19,5 39,2 55 71 87
Сила тяги эл-за F к ,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 I в , А 124 190 238 286 332
Удельная ЭДС | C V Ф | b ,В/км/ч 14 18,4 21,2 23,6 25,5
Сила тяги ТЭД F кд , кН 15 30 43 58 72
Сила тяги эл-за F к ,кН 119 240 345 462 580
Скорость движения км/ч 106 80,2 69 62 57,2
| C V Ф | b возьмём из рис. 1 F кд , = 3,6 *18,4 *192 * 0,95 * 0,0001 = 12,1 кН F к = 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 I п = I н = 475 А. 3.3.2 Рассчитаем средний ток ТЭД на последовательном соединении I ср1 и на параллельном соединении I ср2 , А. I ср1 = 1,15 I н =1,15* 475 = 546 А I ср2 = 1,25 I н =1,25 * 475 = 594 А Токи I ср1 и I ср2 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 F кд , кН 58 65 55 43
Сила тяги эл-за F к ,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 F кр и соответсвующую ей расчётную скорость V р . Из табл. 3.3 выберем наибольшее значение F кр потому, что наибольшая сила , реализуемая электровозом, необходима для преодоления сил сопротивления движению W , кН, которая складывается из основного сопротивления W 0 , кН и сопротивления движению от кривых и подъёмов W д , кН . Силе тяги F к = 525 кН соответствует скорость 44 кмч. 4.2 Рассчитаем основное удельное сопротивление движению w 0р , кН. 2 w 0 р = 1,08 + 0,01 V р + 1,52 * 0,0001 * ( V р ) , где V р - расчётная скорость движения w 0 р = 1,08 + 0,01 * 44 + 1,52 * 0,0001 * ( 44 * 44 ) = 1,8 кН 4.3 Рассчитаем массу поезда с округлением до 50 т. F кр М = ( w 0р + i ) * 9,81 * 0,0001 , где М - масса поезда i - руководящий подъём F кр - 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 W 0 = w 0 М 9,81 0,001 W 0 = 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 w 0 , н/(кН) 1,08 1,96 2,69 3,6
Основное сопротивление движению W 0 , 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 W 0 ( V ) и F к ( V ) для 13-ой позиции даст численное значение конечной скорости разгона поезда V к км/ч. V к =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.

оценка ноу хау в Брянске
оценка наследства в Смоленске
оценка стоимости облигаций в Курске