Задача№3. Рассчитать тяговые характеристики электропоездов в задаче 2 при различных значениях

Рассчитать тяговые характеристики электропоездов в задаче 2 при различных значениях регулируемых параметров ТЭД.

Решение

Управление движением поезда в системе электрической тяги при тяговом режиме достигается по средствам регулирования 3-х параметров, определяющих работу ТЭД.

- напряжения питания ТЭД

- сопротивления пускового резистора.

- коэффициента регулирования возбуждения.

Изобразим принципиальную электрическую схему включения одного ТЭД и отразим на ней все указанные способы регулирования.

Рисунок 8.

Целью данной задачи является закрепление и усвоение основных принципов управления ТЭД как основного принципа управления движением подвижного состава в системе электрической тяги.

Сущность управления движением подвижного состава состоит в желаемом изменении скорости его движения, при движении в режиме тяги, эта задача решается изменением тяговых характеристик электровоза по средствам регулирования параметров, определяющих вид тяговой характеристики.

В задаче 2 мы рассчитали и построили номинальную тяговую характеристику восьмиосного электровоза при неизменных значениях параметров определяющих работу ТЭД в номинальном режиме.

В данной задаче предстоит рассчитать тяговые характеристики при нескольких значениях регулируемых параметров.

1. Расчет тяговой характеристики электровоза.

Этот вид регулирования можно назвать регулирование коэффициента преобразования напряжения сети:

К_u=U_д/U_c

В системе электрической тяги на постоянном токе преобразование напряжения сети наиболее просто осуществляется путем изменения числа последовательно включенных двигателей, число ступеней регулирования при этом ограничивается числом двигателей на электровозе. Величина коэффициента преобразования в этом случае будет m = 8, 4, 2:

К_u=1/m

где:

m – число последовательно включенных двигателей.

В настоящее время разрабатывается и уже применяется система плавного преобразования напряжения постоянного тока с использованием полупроводниковых приборов.

В системе электрической тяги на переменном токе регулирования напряжения осуществляется по средствам изменения коэффициента трансформации тягового трансформатора.

Приближенно можно считать

К_u=1/К_тр

где:

К_ТР – коэффициент трансформации, выражаемый отношением числа витков первичной ω₁ и вторичной ω ₂ обмоток.

К_тр=ω1/ω2

На ЭПС переменного тока без особых затруднений можно получить большое число ступеней регулирования напряжения, что обеспечивает хорошее экономичное управление электровозом или электропоездом. Каждому значению К_U соответствует своя тяговая характеристика двигателя электровоза.

Так как величина F_К не зависит от величины напряжения на двигателе, задачи построения тяговой характеристики при заданных К_U решается путем расчета ординат скоростной характеристики соответствующему выбранному значению тока якоря. Расчетное выражение скоростной характеристики при регулировании К_U приобретает вид:

V=(U_д – I_я*r_д)/С_v*Ф, км/_Ч

Необходимо выполнить расчет и построить характеристику V(F_К) электровоза при двух значениях напряжения питания ТЭД.

U_Д = 0,5·U_ДН, В

U_Д = U_ДН, В

Расчетная таблица.

Таблица№6

Ток двигателя IЯ, А	280,14	560,28	840,43	1120,57	1400,71	1680,85
Удельная ЭДС СV*Ф, В/км/ч	7,186	10,923	12,935	14,372	15,235	15,953
Сила тяги электровоза FК, кг•с.
Позиция КМ	Напряжение питания UД, В	Сопротивление резистораRП, Ом.	Скорость двигателя V, КМ/Ч.
	0,5·UДН	RП1 = 0,308	39,1	17,2	7,2	0,0	-6,2	-11,8
	0,5·UДН	RП2 = 0,154	45,1	25,1	17,2	12,0	8,0	4,5
	0,5·UДН	RП3 = 0,077	48,1	29,0	22,3	18,0	15,1	12,6
	0,5·UДН	RП4 = 0	51,1	33,0	27,3	24,0	22,2	20,7
	UДН	RП5 = 0,308	91,3	51,5	36,2	26,1	18,5	11,8
	UДН	RП6 = 0,154	97,3	59,4	46,2	38,1	32,6	28,0
	UДН	RП7 = 0,077	100,3	63,3	51,2	44,1	39,7	36,1
	UДН	RП8 = 0	103,3	67,3	56,2	50,1	46,8	44,2

В таблицу записать значение тока двигателя Iя и соответствующее значение Fк из
таблицы 5.

1.2. Расчет удельной ЭДС приходящейся на единицу скорости двигателя С_V·Ф при I_В = I_Я результат расчета записать в таблицу 6.

Приводиться расчет удельной ЭДС для первой точки таблицы 5, С_V = 154.56, 1/м;

Ф =0,046, Вб.

С_V·Ф1 = 154.56*0.046 = 7.186, В/км/ч

1.3. Построение исходной кривой С_V·Ф(I_В) при I_В = I_Я.

Кривая построена на рисунке 9.

1.4. Расчет скоростной характеристики ТЭД при U_ДН = 0,5·U_ДН.

Результат расчета записать в таблицу 6, в строку позиция 4 при которой U_ДН = 0,5·U_ДН и сопротивление резистора равно нулю.

Приводится расчёт для С_V·Ф =7.186, В/км/ч:

V₁= (0.5*750 – 280.14*0.027)/7.186=51.1 ^КМ /_Ч

Расчет скоростной характеристики ТЭД, при U_ДН и сопротивлении резистора равном нулю, записывается в таблицу 6, в строку позиция 8.

V₁= (750 – 280.14*0.027)/7.186=103.3 ^КМ/_Ч

Значение ординат характеристики выписывают из таблицы 5 задачи 2.

1.5. Графическое изображение характеристик V(F_K) электровоза при которых напряжение питания ТЭД 0,5·U_ДН и U_ДН.

Характеристики построены по расчетным точкам таблицы 6 на рисунке 10.

На этом же рисунке в дальнейшем нужно построить все тяговые характеристики электровоза, которые будут рассчитываться в результате решения задачи. Обратите внимание на то, что эти характеристики не пересекают ось абсцисс в заданных пределах F_K и соответствующее I_Д, следовательно, при заданном напряжении питания невозможно осуществить трогание электровоза с поездом, так как движение начинается при V = 0 ^КМ/_Ч.

На ЭПС постоянного тока для трогания нужно использовать реостатное регулирование. На ЭПС переменного тока так подобрать напряжение питания, чтобы I_Д и F_K при трогании оказались в допустимых пределах.

2. Расчет тяговых характеристик электровоза при реостатном регулировании ТЭД.

Реостатное регулирование ТЭД в режиме тяги в настоящее время применяется на ЭПС постоянного тока главным образом в период пуска. Величина полного сопротивления реостата R_П1 рассчитать из условия трогания при заданной величине тока и при скорости двигателя V = 0 ^КМ/_Ч. В нашей задаче мы зададимся I_ТР = I_ЯН, тогда сопротивление реостата на первой ступени регулирования определяется по закону Ома:

R_п1= U_Д/I_тр - r_д, Ом

Приводится расчёт для U_ДН = 0,5·U_ДН и I_ТР = I_ЯН:

R_п1= 0.5*750/1121 – 0.027=0.308, Ом

Расчет ординат скоростной характеристики с соответствующими значениями тока, приведенными в таблице 6, удобно выполнить исходя из уравнения Кирхгофа:

U_Д= С_V*Ф*V + Iя*(R_п1 + r_д), В

После преобразования полученного выражения получим:

V=(U_д – I_я*(R_п1 + r_д))/С_v*Ф, ^КМ/_Ч

Приводится расчёт для U_ДН = 0,5·U_ДН, С_V·Ф =7.186 и R_П1 =0.308:

V₁= (0.5*750 – 280.14*(0.027+0.308)/7.186=39.1 ^КМ /_Ч

Приводится расчёт для U_ДН, С_V·Ф и R_П5 = R_П1 =1,165:

V₁= (750 – 280.14*(0.027+0.308)/7.186=91.3 ^КМ /_Ч

Длительное движение с включенным реостатом не разрешается вследствие потерь энергии от нагрева реостата, поэтому по мере увеличения скорости сопротивление реостата постепенно ступенями уменьшается до 0, после чего двигатели работают на характеристике соответствующей заданному напряжению питания. Длительность работы на этой характеристике не ограничивается, поэтому ее называют экономической или ходовой. В данной задаче необходимо рассчитать скоростные характеристики для 3-х ступеней регулирования реостата.

2.1. Расчет полного сопротивления пускового реостата.

Величину полного сопротивления реостата R_П1 рассчитывают из условия трогания электровоза при I_ТР = I_ЯН

2.2. Расчет скоростных характеристик ТЭД на реостатных позициях.

Результат расчетов записать в таблицу 6 в строки соответствующих позиций.

2.3. Графическое изображение характеристик V(F_K) электровозов.

Характеристики изображаются на рисунке 10 пунктирами по точкам каждой реостатной позиции.

3. Расчет тяговых характеристик электровоза при регулировании возбуждения ТЭД.

Для регулирования возбуждения наибольшее распространение приобрел способ шунтирования обмотки возбуждения ТЭД (Рис. 8). Параллельно обмотке возбуждения включается резистор R_Ш (величина его сопротивления может регулироваться).

Ток якоря I_Я разветвляется на два направления часть тока I_В попадает в обмотку возбуждения, а часть I_Ш ответвляется в шунтирующую цепь. По первому закону Кирхгофа, I_Я=I_B + I_Ш , I_B= I_Я - I_Ш

Отношение I_В к I_Я принято называть коэффициентом регулирования напряжения b:

β= I_B/ I_Я

Коэффициент регулирования напряжения зависит от отношения сопротивления ОВ R_В и шунтирующего резистора R_Ш.

По второму закону Кирхгофа:

I_В*R_В= I_Ш*R_Ш, А

Отсюда следует:

I_В*R_В= (I_Я – I_В)*R_Ш, А

При преобразовании получим:

β= R_Ш/(R_В + R_Ш)

При шунтировании обмотки возбуждения ток возбуждения I_В уменьшается относительно тока якоря I_Я, поэтому такой способ регулирования возбуждения принято называть ослаблением возбуждения.

Коэффициент регулирования возбуждения b – можно назвать коэффициентом ослабления возбуждения.

При ступенчатом уменьшении R_Ш – получим ступенчатое уменьшение b, такой вид регулирования называется – ступенчатое регулирование, при b=1 будем иметь полное возбуждение, а при различных ступенях регулирования, когда b<1 получим различные ступени ослабления возбуждения.

Каждой ступени ослабления возбуждения следует определённая функция V(F_K) или

V_У (F_K).

Величина магнитного потока является функцией тока возбуждения, который в свою очередь зависит от тока якоря I_Я, следовательно можно определить магнитный поток Ф функции тока якоря.

В математических символах это можно записать в виде: Ф(I_В), I_В = b·I_Я.

Следовательно Ф(b·I_Я), где b – регулируемый параметр.

Когда известна кривая намагничивания, можно рассчитать функцию возбуждения F(b·I_Я) при любом значении коэффициента регулирования возбуждения b.

Задаваясь значениями тока якоря, находим соответствующие значения тока возбуждения, I_В = b·I_Я, для которых, по кривой намагничивания находим соответствующие величины магнитного потока Ф, при заданном b соответственно полученным значениям Ф для каждой ступени ослабления возбуждения по известным нам уравнениям для каждой величины b рассчитывается сила тяги ТЭД F _КД и скорость движения V ^КМ/_Ч.

При решении данной задачи вместо кривой намагничивания нужно использовать кривую удельных ЭДС C_V×Ф(I_В).

3.1. Расчётная таблица.

Таблица №7

Ток двигателя IЯ, А	280,14	560,28	840,43	1120,57	1400,71	1680,85
Ток возбуждения IВ, А	154,08	308,16	462,23	616,31	770,39	924,47
Удельная ЭДС CV×Ф,	-	7,75	9,95	11,4	12,5	13,4
Сила тяги ТЭД FKД, кг·с	-	1513,9	2915,5	4453,8	6104,5	7852,8
Сила тяги электровоза FК, кг·с	-
Скорость движения V, ^КМ/Ч	-	94,8	73,1	63,2		52,6

В таблицу записать значения тока двигателя из таблицы 6.

3.2. Расчёт величины тока возбуждения ТЭД.

Расчёт выполнить при b = 0.55

I_В = b·I_Я, А

Приводится расчёт для I_Я =280.14, А:

I_В1 =0.55*280.14=154.08, А

Результаты расчета записываются в таблицу7.

3.3. Определение величины удельных ЭДС.

Величины удельных ЭДС определяются из кривой С_V·Ф(I_В) соответствии с током возбуждения I_В при β = 0,55.

Результаты расчета записываются в таблицу 7.

3.4. Расчёт силы тяги ТЭД при β = 0,55 и η_F =0.95

Fкд=0.367* Cυ *Ф*Iя*η_F, кгс

Приводится расчёт для I_Я = 280.14, А:

Fкд2=0.367*7.75*560.28*0.95=1513.9, кг·с

Результаты расчета записываются в таблицу 7.

3.5. Расчёт силы тяги F_K электровоза при β = 0,55.

Fк=Fкд*Nд, кг·с

Результаты расчета записываются в таблицу 7.

Приводится расчёт для F_KД =1513.9 кг·с:

Fк2=1513.9*8=12111, кг·с

3.6. Расчет скорости движения ТЭД.

Расчёт выполнить при b = 0,55

U_Д = U_ДН, R = 0

V=(U_д – I_я*r_д)/С_v*Ф, км/_Ч

Приводится расчёт для C_V×Ф = 7.75:

V2=(750– 560.28*0.027)/7.75=94.8, км/_Ч

Результаты расчета записываются в таблицу 7.

3.7. Построение тяговой характеристики электровоза.

Характеристику электровоза V(F_K) при b = 0,55, позиция 9 построить по расчётным точкам таблицы 7 на рисунке 10.

4. Анализ результатов решения задачи.

4.1. Примерное построение пусковой диаграммы при трогании и разгоне электровоза с поездом на прямом и горизонтальном участке пути.

Пусковая диаграмма строиться на графике V(F_K). рис 10.

Пусковую диаграмму разрешается строить в любой части семейства характеристик не выходя за пределы ограничения максимального значения силы тяги и скорости движения.

4.2 Расчёт массы поезда.

Рассчитаю массу состава, с которой возможно трогание и разгон электровоза на прямом и горизонтальном участке пути.

Расчёт выполню из условия:

W= ω_тр* m, кг·с

где:

w_ТР - удельное сопротивление движению при трогании.

w_ТР принять равным 4 КГ×С/т

Чтобы обеспечить начальное ускорение поезду основное сопротивление движению нужно принять несколько меньше, чем величина силы тяги электровоза при трогании F_KTP на позиции 1 при скорости движения V=0 ^КМ/_Ч.

Рекомендуется принять:

W= ω_тр* m =0.9*F_ктр, кг·с

W= 0.9*45000=40500, кг·с

m = W/ ω_тр=40500/4=10125, т

4.3. Определение установившихся скоростей движения поезда рассчитанной массы m на прямом и горизонтальном участке пути при работе электровоза на экономичных позициях: 4, 8, 9.

Определение указанных скоростей выполнить путём графического построения на рисунке 10 кривой сопротивления движению W(V). Кривую сопротивления движению построить на основании расчета:

W= ω₀* m, кг·с

где:

w₀ – удельное основное сопротивление движению поезда.

Приводится расчёт для w₀ =1.13:

W=1.13*10125=11441, кг·с

Результаты расчета записываются в таблицу 9.

Дата добавления: 2015-07-20