Расчёт основных параметров тягового электродвигателя

 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕДЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

 

 

 

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт»

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине: Электрические железные дороги

 

 

 

 

Вариант

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр

Проверил:

 

 

 

 

 

 

Самара 2012

 

Содержание:

 

1.Задание и исходные данные                                                                                                      3

2.Методика расчета  основных параметров тягового  электродвигателя                                  4

3.Силовая электрическая цепь электровоза постоянного тока                                                 5

3.1.Схема силовой цепи секции  электровоза постоянного тока                                               5

3.2.Расчет сопротивления секций  реостата и шунтирующих резисторов                               6

3.3.Таблица замыкания контакторов                                                                                           7

4.Семейство скоростных характеристик  электровоза и пусковая диаграмма.                       Электротяговая характеристика  электровоза.                                                                                        8

4.1Расчет и построение скоростных и электротяговых характеристик электровоза постоянного тока при реостатном регулировании на последовательном и параллельном соединении ТЭД(позиции 1-11).                                                                                                              8

4.2.Расчёт и построение скоростных  и электротяговых характеристик  электровоза при регулировании  возбуждения(позиции 12 и 13).                                                                                   10

4.3.Построение пусковой диаграммы  электровоза постоянного тока.                                   11

5.Расчет массы поезда.                                                                                                                11

6.Анализ работы системы управления  электровозом при разгоне поезда.                            12

6.1.Расчетвремени и  пути разгона поезда расчетной  массы на прямом горизонтальном  участке пути.                                                                                                                                            12

6.2.Управление электровозом  при разгоне поезда.                                                                  13

7.Определение расхода электрической энергии, необходимой для разгона поезда.            13

8.Вывод                                                                                                                                         15

9.Библиографический список.                                                                                                    16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Необходимые для выполнения работы исходные данные задаются индивидуально  каждому студенту преподавателем в соответствии со следующими рекомендациями.

Таблица 1

Исходные данные

 

Последняя цифра шифра (номера зачетки)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номинальная мощность тягового двигателя РДН, кВт	670	687	704	722	740	758	777	796	816	836
Предпоследняя цифра шифра (номера зачетки)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Руководящий подъем i , ‰	6	7	8	9	10	11	12	10	11	12

 

Общие исходные данные

 

Номинальное напряжение электрического тягового двигателя (ТЭД) U_ДН = 1 500 В;

Номинальный КПД ТЭД η_Д = 0,94;

Коэффициент потерь силы тяги в процессе реализации тягового усилия η_F = 0,95;

Напряжение в контактной сети постоянного  тока U_С = 3000 В;

Коэффициент регулирования возбуждения  ТЭД первой ступени β₁ = 0,62;

Коэффициент регулирования возбуждения  ТЭД второй ступени β₂ = 0,40.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЯГОВОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

Тяговый электрический  двигатель (ТЭД) является электромеханическим  преобразователем.

В зависимости от режима работы, который реализуется соответствующим  управлением, он преобразует или электрическую энергию в механическую работу (двигательный режим), или механическую энергию в электрическую (генераторный режим).

Таблица 1.1

Исходные данные для расчета параметров ТЭД

 

Ток двигателя I, %	25	50	75	100	125	150	175
Удельная ЭДС,	15,2	23,0	27,3	30,3	32,1	33,7	34,9

 

Рассчитываю номинальный ток ТЭД с точностью до целых чисел, А:

 

                                                                    .                                                                 (1.1)

              

            где η_Д = 0,94 – номинальный КПД ТЭД,

А

           Заношу результат в таблицу  1.2.

 Пересчитываю ток ТЭД по формуле:

                                                    ,                                                                           (1.2)                                         

 

                                                     А,

Аналогично считаю оставшиеся токи и заношу результаты в таблицу 1.2.

         Рассчитываю силу тяги ТЭД в номинальном режиме с точностью до целых чисел, кН:

 

                                                  F_{КД Н} = 3,6 · C_V · Ф · I · η_F · 10^-3,                                        (1.3)

 

где η_F = 0,95 – коэффициент потерь силы тяги в процессе реализации тягового усилия,                                          

         

F_{КД Н} = 3,6·15,2·131·0,95·10^-3=7 кН.

Аналогично считаю оставшиеся силы тяги и заношу результаты в  таблицу 1.2.                                     

Таблица 1.2

Расчет параметров ТЭД

Ток двигателя I, %	0	25	50	75	100	125	150	175
Ток двигателя IДВ, А	0	131	263	394	525	656	787	918
Удельная ЭДС,	0	15,2	23	27,3	30,3	32,1	33,7	34,9
Сила тяги ТЭД FКД , кН	0	7	20	37	54	72	91	109

По данным табл. 1.2 строю кривые C_V · Ф (I) и F_КД (I).

4

 

 

 

 

2. СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ  ЦЕПЬ ЭЛЕКТРОВОЗА ПОСТОЯННОГО  ТОКА

 

2.1.

 

 

 

 

 

0,058 0,04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,058 0,04

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Схема силовой цепи секции электровоза постоянного тока

5

 

 

 

2.2. Расчет сопротивления  секций реостата и шунтирующих  резисторов

Сопротивление секций реостата принимается равным, Ом:

 

,                                                      (2.1)

 

где r_д = 0,07÷0,1 Ом - суммарное сопротивление обмоток ТЭД

 Ом.

Сопротивление каждой секции пускового реостата в отдельности  принимается равным, Ом:

R_а = 0,18 · R_ТР ; R_б = 0,17 · R_ТР ; R_в = 0,15 · R_ТР ,

                                                   

R_а = 0,18·5,31=0,95 Ом,

 

R_б = 0,17·5,31=0,9 Ом,

 

R_в = 0,15·5,31=0,79 Ом.

 

Сопротивления шунтирующих  резисторов R_Ш2 и R_Ш1 + R_Ш2 рассчитываю исходя из условия (2.2):

                                    .                                                                        (2.2)

Величины коэффициентов  ослабления возбуждения принимаю равными:

 

β₁ = 0,62;  β₂ = 0,40.

Из анализа схемы (рис.2.1) видно, что при включении контакторов Ш1 и Ш2 вводятся в цепь сопротивления шунтирующие обмотки возбуждения R_Ш1 + R_Ш2, и достигается первая ступень ослабления возбуждения β₁.

При дополнительном включении  контакторов Ш3 и Ш4 сопротивление R_Ш1 шунтируется, и в цепи возбуждения остается только резистор R_Ш2, дающий вторую ступень ослабления возбуждения β₂.

Преобразуя выражение (2.2) для определения R_Ш , получим:

 

                 ;                                                                    (2.3)  

                 ,                                                       (2.4)

 

                                             Ом,

 

Ом,

                                              Ом.

где r_в = 0,3 · r_д - сопротивление обмотки возбуждения ТЭД, Ом.

6

 

2.3. Таблица замыкания  контакторов

 

В таблице замыкания (табл. 2.1) приведен порядок работы схемы. Пуск ЭПС начинается после включения  линейного контактора ЛК при полностью  включенном реостате (см. позицию 1 табл. 2.1). Дальнейшее движение и увеличение скорости ЭПС осуществляется за счет перевода машинистом рукоятки контроллера на последующие позиции, в результате чего закорачиваются секции пускового реостата, увеличивается ток ТЭД и, как следствие, скорость и тяговое усилие.

Рассчитать сопротивление на всех позициях по следующим формулам:

1)R=2(R_a+R_б+R_в)=2(0,95+0,9+0,79)=5,28

2)R=2(R_б+R_в)+ R_a=2(0,9+0,79)+0,95=4,33

3)R=2(R_б+R_в)=2(0,9+0,79)=3,38

4)R=2R_б+R_в=2*0,9+0,79=2,48

5)R=2R_в=2*0,79=1,58

6)R=R_в=0,79

7)R=0

8)R=R_a+R_б+R_в=0,95+0,9+0,79=2,64

9)R=R_б+R_в=0,9+0,79=1,69

10)R=Rв=0,79

11)R=0

12)R=(R_ш1+R_ш2)/2=(0,058+0,04)/2=0,049

13)R= R_ш2/2=0,04/2=0,02

Полученные результаты заношу в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1

Таблица замыкания  контакторов

 

Позиция	Контакторы																Регулируемые параметры
	ЛК	М	П1	П2	1	2	3	4	5	6	7	8	Ш1	Ш2	Ш3	Ш4	, В	Ri , Ом	β
1	+	+	-	-	-	-	-	-	-	-	+	+	-	-	-	-	750	5,28	1,0
2	+	+	-	-	+	-	-	-	-	-	+	+	-	-	-	-	750	4,33	1,0
3	+	+	-	-	+	+	-	-	-	-	+	+	-	-	-	-	750	3,38	1,0
4	+	+	-	-	+	+	+	-	-	-	+	+	-	-	-	-	750	2,48	1,0
5	+	+	-	-	+	+	+	+	-	-	+	+	-	-	-	-	750	1,58	1,0
6	+	+	-	-	+	+	+	+	+	-	+	+	-	-	-	-	750	0,79	1,0
7	+	+	-	-	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-	750	0	1,0
8	+	-	+	+	-	-	-	-	+	+	-	-	-	-	-	-	1 500	2,64	1,0
9	+	-	+	+	+	+	-	-	+	+	-	-	-	-	-	-	1 500	1,69	1,0
10	+	-	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-	-	-	1 500	0,79	1,0
11	+	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-	1 500	0	1,0
12	+	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-	1 500	0,049	0,62
13	+	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	1 500	0,02	0,4