Расчёт основных параметров тягового электродвигателя

 

 

 

 

 

7

3. СЕМЕЙСТВО  СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОВОЗА  И ПУСКОВАЯ ДИАГРАММА. ЭЛЕКТРОТЯГОВАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОВОЗА

 

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

 

Расчет координат точек  скоростных и электротяговых характеристик  выполнить по форме табл. 3.1. В  таблицу записать токи двигателя  из таблицы расчета параметров ТЭД (табл.1.2). Соответственно токам из табл. 1.2 записать и значения C_V · Ф.

Сила тяги электровоза  определяется путем умножения силы тяги двигателя из табл. 1.2 на число ТЭД электровоза N_Д = 8. Порядковые номера позиций и напряжение питания должны соответствовать таблице замыкания контакторов (табл. 2.1).

Расчетное сопротивление силовой  цепи в омах, отнесенное к одному двигателю, определить из условия:

 

                                                                                                   (3.1)

 

где R_П - сопротивление реостата на очередной (n-й) позиции (табл. 2.1), Ом;

k - число последовательно соединенных двигателей,

Аналогично считаю оставшиеся расчётные сопротивления силовой  цепи и заношу результаты в таблицу 3.1. Начиная с 8 позиции k=2.

Расчет скорости движения выполнить по формуле скоростной характеристики, км/ч:

 

                                                     (3.2)

 

где n - порядковый номер позиции;

i - порядковый номер значения тока,

Аналогично считаю оставшиеся скорости и заношу результаты в таблицу 3.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  8

Таблица 3.1

 

Расчет скоростных характеристик электровоза при  реостатном регулировании

 

Ток двигателя I, А			263	364	525	656	787	918
Удельная ЭДС  CV · Ф,			23	27,3	30,3	32,1	33,7	34,9
Сила тяги электровоза FК, кН			160	296	432	576	728	872
Позиция	Напряжение питания  , В	Сопротивление цепи, отнесенное к одному ТЭД ( ) , Ом	Скорость движения V, км/ч
1	750	1,42	16,37	8,5	0	0	0	0
2	750	1,18	19,1	11,7	4,3	0	0	0
3	750	0,94	21,89	14,9	8,4	4,1	0,3	0
4	750	0,72	24,37	17,8	12,2	8,6	5,4	2,5
5	750	0,49	27	20,9	16,2	13,3	10,8	8,6
6	750	0,29	29,3	23,6	19,7	17,4	15,4	13,8
7	750	0,1	31,5	26,1	23	21,3	19,9	18,8
8	1500	1,72	49	36	25	17,7	11,3	5,5
9	1500	1,94	54,5	42,4	33	27,5	22,5	18
10	1500	0,5	59,5	48	41	36,5	33	30
11	1500	0,1	64	53,6	47,7	44,6	42,1	40,2

 

По данным табл. 3.1 строю семейство скоростных характеристик V (I) на рисунке 3.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

3.2. Расчет и  построение скоростных и электротяговых  характеристик электровоза при  регулировании возбуждения (позиции  12 и I3)

 

Расчет координат точек  характеристик выполнить в форме  табл. 3.2. В таблицу записать все  токи двигателя из табл. 1.2, начиная с тока I = 0,5 I_Н .

Рассчитать ток в  обмотках возбуждения двигателя  при включенных контакторах Ш1 и  Ш2 (см. рис. 2.2), соответствующий каждому значению тока двигателя I_Вi = β_i · I_i, β₁ = 0,62 - коэффициент ослабления возбуждения первой ступени (позиция 12).

Аналогичный расчет выполнить  при второй ступени ослабления возбуждения, когда на позиции 13 замкнуты контакторы Ш1, Ш2, Ш3, Ш4 и β₂ = 0,40.

При β₁ = 0,62:

I_В1 = 0,62 · 263=163 А.

Аналогично считаю оставшиеся токи и вношу в таблицу 3.2.

При β₂ = 0,40:

I_В1 = 0,40 · 263=105 А.

Аналогично считаю оставшиеся токи и вношу в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2

Расчет координат  точек тяговых характеристик  электровоза при регулировании  возбуждения ТЭД

 

Ток двигателя I , А		263	394	525	656	787	918
Коэффициент ослабления возбуждения β1 = 0,62	Ток возбуждения IВ , А	163	244	325	406	488	569
	Удельная ЭДС (CV · Ф)В ,	18	22	25	27,5	29,5	31
	Сила тяги ТЭД FКД, кН	16	29	45	61	79	97
	Сила тяги электровоза FК, кН	128	232	360	488	632	776
	Скорость движения V, км/ч	82	66	58	52	48	45
Коэффициент ослабления возбуждения β2 = 0,40	Ток возбуждения IВ , А	105	157	210	262	315	367
	Удельная ЭДС (CV · Ф)В ,	12,5	17	20,5	23	25	26,5
	Сила тяги ТЭД FКД, кН	11	23	36	51	67	83
	Сила тяги электровоза FК, кН	88	184	288	408	536	664
	Скорость движения V, км/ч	99	86	70	62	56	53

 

Из графика C_V · Ф (I_В), построенного по данным табл. 1.2, определить значения (C_V · Ф)_В для рассчитанных токов возбуждения и записать в соответствующие строки табл. 3.2.

Расчет силы тяги двигателя  выполнить по формуле, кН:

F_КД = 3,6 · (C_V · Ф)_В · I · η_F · 10^-3.                                       (3.3)

При β₁ = 0,62:

F_КД1 = 3,6 · 18 · 263 · 0,95 · 10^-3=16,

Аналогично считаю оставшиеся силы тяги и заношу результаты в таблицу 3.2.

При β₂ = 0,40:

F_КД1 = 3,6 · 12,5 · 263 · 0,95 · 10^-3=11,

Аналогично считаю оставшиеся силы тяги и заношу результаты в  таблицу 3.2.

Силу тяги электровоза  рассчитать соответственно числу двигателей  у электровоза (N_Д = 8), следовательно F_К = 8·F_КД. Для расчета скорости движения следует воспользоваться уравнением скоростной характеристики, км/ч:

 

.                                                          (3.4)

                                                                        10

При β₁ = 0,62:

,

Аналогично считаю оставшиеся скорости и заношу результаты в таблицу 3.2.

 

При β₂ = 0,40:

,

Аналогично считаю оставшиеся скорости и заношу результаты в таблицу 3.2.

 

3.3. Построение пусковой диаграммы электровоза постоянного тока

 

Пусковую диаграмму  строю следующим образом: от номинального тока(525 А) на оси ординат по 1 позиции  поднимаю вверх линию на высоту 3 мм, из этой точка параллельно оси ординат веду прямую до 2 позиции, поднимаю линию вверх по 2 позиции до номинального тока, из получившейся точки провожу прямую параллельную оси ординат до 3 позиции. Аналогично строю кривые для оставшихся позиций. На 11 позиции ток максимальный. При построении диаграммы на 13 позиции линия поднимается вверх до точки V_к. 
          Пусковая диаграмма, построенная на рисунке 3.1, отличается от реальной тем, что выполнена она для упрощенной схемы электровоза (рис 2.1).

Для последующего определения  средней силы тяги нужно знать  средний ток в процессе разгона. Для последовательного соединения ТЭД I_ср1=1,15I_н, при параллельном соединении ТЭД I_ср2=1,25I_н.

 

4. РАСЧЕТ МАССЫ  ПОЕЗДА

 

Силы сопротивления W представлены в виде двух составляющих:

 

W = W_О + W_Д, (4.1)

 

где W_О - основное сопротивление движению поезда, кН;

W_Д - дополнительное сопротивление движению поезда, возникающее на подъемах и кривых участках пути, кН.

 

                                                          w_{о р} = 1,08 + 0,01 · V_Р + 0,000152 · V_Р ² , (4.2)

где V_Р - расчетная скорость движения поезда на расчетном подъеме=44 км/ч,

 

w_{о р} = 1,08 + 0,01 · 44 + 0,000152 · 44 ²=1,81 Н/кН.

 

Можно определить массу поезда в тоннах, при движении которого на расчетном подъеме будут действовать силы сопротивления, численно равные расчетной силе тяги:

 

, (4.3)

т.

                      Количество вагонов = 128.

 

Тогда дополнительное сопротивление  от подъема, кН:

 

W_i = i · M · 9,81 · 10^-3 , (4.4)

             11

W_i = 8 · 6400 · 9,81 · 10^-3=502 кН.

 

 

                     Основное сопротивление движению, кН:

 

W_О = w_о · M · 9,81 · 10^-3 , (4.5)

 

где М - масса поезда, рассчитываемая на основании полученного опытным  путем удельного основного сопротивления  движению при расчетной скорости движения, т,

 

W_О = 1,81 · 6400 · 9,81 · 10^-3=113 кН.

 

5. АНАЛИЗ РАБОТЫ  СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОМ

ПРИ РАЗГОНЕ ПОЕЗДА

 

На данном шаге определяется, за какое время и на каком протяжении пути возможно разогнать поезд на площадке до установившейся скорости движения.

Далее нужно проанализировать процесс управления электровозом при  разгоне поезда и сделать соответствующие выводы.

 

5.1. Расчет времени  и пути разгона поезда расчетной  массы на прямом горизонтальном  участке пути

 

Рассчитаю и построю на рисунке 3.1 характеристики основного сопротивления движению для скоростей 0, 25, 50, 75 и 100 км/ч по формулам (4.2) и (4.5):

 

w_{о р}(0) = 1,08 + 0,01 · 0 + 0,000152 · 0 ²=1,08 Н/кН,

Аналогично считаю w_{о р} для оставшихся скоростей.

 

W_О(0) = 1,08 · 6400 · 9,81 · 10^-3=68 кН.

          Аналогично считаю W_О для оставшихся скоростей.

          Расчетное выражение приращения времени, с:

 

                                                                          (5.1)

 

где Δt - время, в течение  которого скорость движения увеличивается  на ΔV;

                    

с,

          Аналогично считаю оставшиеся Δt и заношу результаты в таблицу 5.1.

 

. (5.2)

м,

         Аналогично считаю оставшиеся ΔS и заношу результаты в таблицу 5.1.

 

Для наглядности и  последующего анализа построю графики V(S) и t(S) для разгона до скорости выхода на 13-ю характеристику в масштабах:

скорости – M_V = 1 км/ч/мм; времени - M_t =1 с/мм; пути -  M_S = 10 м/мм.

12

Таблица 5.1

Расчет времени  и пути разгона поезда

 

Позиция	VК, км/ч	VСР, км/ч	ΔV, км/ч	FК СР, кН	ωо , Н/кН	WО СР, кН	FК СР - WО СР, кН	Δt, с	t, с	ΔS, м	S, м
1	1	0,5	0,5	520	1,1	69	451	1,9	1,9	0,26	0,26
2	4	2,5	1,5	520	1,12	70,3	449,7	5,68	7,58	3,9	4,16
3	8	6	2	520	1,17	73,5	446,5	7,15	14,73	11,9	16,06
4	12	10	2	520	1,22	76,5	443,5	7,2	21,93	20	36,06
5	16	14	2	520	1,27	79,7	440,3	7,3	29,23	28,4	64,46
6	20	18	2	520	1,34	84,1	434,9	7,34	36,57	36,7	101,16
7	23	21,5	1,5	520	1,39	87,2	432,8	5,9	42,47	35,2	136,36
8	25	24	1	575	1,42	89,2	485,8	3,9	46,37	26	162,36
9	33	29	4	575	1,57	98,5	476,5	14,7	61,07	118,4	280,76
10	42	37,5	4,5	575	1,76	110,5	464,5	17,1	78,17	178,1	458,86
11	48	45	3	575	1,9	119,3	455,7	11,2	89,37	140	568,86
12	58	53	5	490	2,17	136,2	353,8	25,3	114,67	372,5	971,36
13	84	71	13	405	2,9	182,1	222,9	103,3	217,97	2037,3	3008,66

 

В этот период разгона  большое влияние на заданное время и пройденный путь оказывает деятельность машиниста или настройка системы автоматического управления.