4643
Кафедра «Электрический транспорт»
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ
Методические указания к выполнению контрольной работы
для обучающихся по специальности
23.05.03 Подвижной состав железных дорог,
специализация «Электрический транспорт железных дорог»
заочной формы обучения
Составители: В.А. Силаев
Н.Н. Капранов
А.С. Тычков
САМАРА
2018
1
Содержание
Введение ............................................................................................................................. 4
Правила оформления ......................................................................................................... 5
1. Электровоз постоянного тока (для студентов заочного факультета,
проходящих производственную практику в депо электровозов
постоянного тока) .............................................................................................................. 6
1.1 Исходные данные ..................................................................................................... 6
1.2 Мощность тяговых двигателей и их количество ................................................... 6
1.3 Характеристики и основные параметры тяговых двигателей .............................. 9
1.4 Пусковые резисторы и их характеристики........................................................... 17
1.5 Система рекуперативного торможения ................................................................ 21
1.6 Порядок расчета параметров и характеристик. .................................................. 30
Контрольные вопросы ........................................................................................................... 33
Библиографический список ............................................................................................ 65
Приложение ...................................................................................................................... 67
3
ВВЕДЕНИЕ
Целью работы является углубление знаний и получение навыков расчета и выбора
параметров электрооборудования, образующего систему управления ЭПС, основных
схемных решений и характеристик электровозов постоянного и переменного тока с
электрическим торможением и индивидуальным приводом на каждую ось. Учитывая
боль-шие различия между принципами управления электровозами переменного и
постоянного тока для студентов заочной формы обучения предоставляется выбор:
выполняется либо глава 1 – Электровоз постоянного тока, либо глава 2 – Электровоз
переменного тока, в зависимости от места прохождения производственных практик (или
места работы).
Теоретический материал, который является основой для выполнения расчетов,
изложен в библиографических списках.
Дисциплина «Системы управления ЭПС» в современной структуре тягового
подвижного состава российских железных дорог, с одной стороны, ввиду поэтапного
перехода от ручного управления ЭПС к автоведению становится более актуальной. С
другой стороны, по той же причине объем требований к знаниям систем управления ЭПС
для локомотивных бригад заметно снижается и в будущем сведется только к знаниям
современных информационных технологий автоведения. Процесс перехода к полному
автоведению займет 10–15 лет, приблизительно столько же времени понадобится на
обновление локомотивного парка, способного полностью использовать возможности
цифровых информационных технологий. При выполнении контрольной работы по
дисциплине «Системы управления элкетроподвижного состава» у студентов формируется
следующая компетенция:
ПСК 3-4: знание устройства и характеристик электрических аппаратов и
электрооборудования электроподвижного состава; владение методами выбора и расчета
электрических аппаратов, методами расчета и проектирования электрических схем;
умением организовывать эксплуатацию и техническое обслуживание электрических
аппаратов, проводить анализ причин отказов элементов силовой схемы и испытания
силовых схем.
В результате выполнения контрольной работы студент будет:
знать основные принципы управления ЭПС, их силовые и вспомогательные цепи;
уметь разбираться в схемных решениях при наборе тяговых и тормозных позиций;
владеть методами расчета и проектирования электрических схем, основными
способами управления ЭПС.
Информация, получаемая при выполнении контрольной работы, весьма важна для
успешного прохождения производственной практики и освоения других специальных
дисциплин.
4
1. ЭЛЕКТРОВОЗ ПОСТОЯННОГО ТОКА
(только для студентов, проходящих производственную практику в локомотивных депо
электровозов постоянного тока)
1.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходные данные выбираются в соответствии с двумя последними цифрами
студенческого билета (учебного шифра) из таблицы 1.1. Для всех вариантов номинальное
напряжение на двигателе Uдн = 1500 В.
Таблица 1.1
Исходные данные
min
Масса
поезда
Qп ,т
0,34
5250
Конструкционная скорость Vк , км/ч
100
Последние две цифры номера студенческого билета
(учебного шифра)
57
Расчетный
подъем
ip ,%o
10
Кvp
0,42
1.2. МОЩНОСТЬ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ КОЛИЧЕСТВО
Как показано в [1.1, 1.2], мощность и количество тяговых двигателей грузовых
электровозов определяется в зависимости от крутизны расчетного подъема на участке
5
пути, для которого проектируется электровоз и скорости, которую он должен удерживать
постоянной на этом подъеме с поездом заданной массы.
Сначала определяют, какой мощностью должен обладать электровоз для выполнения
указанной выше работы, кВт:
Fэр Vр
, кВт
Рэр
(1.1)
367
где Fэр – сила тяги электровоза на расчетном подъеме, кГс;
Vр –скорость электровоза на расчетном подъеме, км/ч.
Как. известно из [1.3], сила тяги электровоза при установившейся скорости (dv/dt=0)
равна сопротивлению движению поезда (кГс).
Fэр = Qп (0 + ip) ,
(1.2)
где Qп – масса поезда, т (см. задание);
0 – основное удельное сопротивление движению поезда, кгс/т;
ip – расчетный подъем, %0 (см. задание).
Основное удельное сопротивление движению поезда зависит от скорости движения
(в данном случае от установившейся скорости на расчетном подъеме Vр). Между
расчетной и конструкционной скоростями существует прямая зависимость [1.2]:
Vp = Kvp · Vк ,
(1.3)
где Vр – расчетная скорость, км/ч;
Kvp – коэффициент расчетной скорости (см.задание),
Vк – конструкционная скорость, км/ч (см.задание).
Зависимость между 0 и Vp показана на рис. 1.1 [1.1].
0, кГс/т
8
6
4
2
UДИ (В)
0
40
80
120
160
200
Рис. 1.1. Зависимость средневзвешенного удельного сопротивления движению
грузового поезда от скорости
6
Известно, что определяющим параметром тягового двигателя является мощность
часового режима (номинальная мощность). Ясно, что на расчетном подъеме двигатель
работает с перегрузкой, т.е. реализует мощность более номинальной.
Практикой установлено [1.2], что между номинальной мощностью электровоза и
мощностью реализуемой на расчетном подъеме существует соотношение, кВт:
Pэн = Рэp / Кр ,
(1.4)
где Кр = 1,1 – коэффициент эксплуатационной перегрузки на расчетном подъеме [1.1].
Поэтому номинальная (часовая) мощность тягового двигателя с учетом (1.1)
определится как
Рэр ,
(1.5)
Рдн
Кр m
где m – количество тяговых двигателей.
Количество тяговых двигателей, наряду с мощностью, является другой важной
характеристикой проектируемого электровоза, так как определяет его осевую формулу.
Современные локомотивы проектируются так, чтобы количество осей электровоза
равнялось бы количеству тяговых двигателей при индивидуальном приводе, хотя
существуют групповые приводы при одном двигателе на пару или даже на три оси.
Окончательный выбор мощности тяговых двигателей и их количество определяется
из следующих соображений:
- мощность двигателя при индивидуальном приводе ограничена габаритами
подвижного состава и на отечественных электровозах постоянного тока не превышает
800 кВт;
- нагрузка на ось современных локомотивов составляет, т/ось:
П = 23 25 [1.1];
- в нашей стране, как наиболее эффективный, принят ряд осевых формул [1.1]:
6, 8, 12, …
Поэтому в выражение (1.5) подставляется сначала m = 6. Полученное значение
должно быть Рдн 800 кВт. Если полученное значение больше, то в (1.5) подставляют
m = 8, 12 и т.д..
Если количество тяговых двигателей превышает 12, то необходимо принять решение
о ведении поезда несколькими одинаковыми локомотивами, а дальше расчеты выполнять
для одного электровоза.
Окончательно выбранное количество тяговых двигателей при индивидуальном
приводе определяет массу электровоза:
М = П m,
(1.6)
где П = 23 25 т /ось – нагрузка на ось;
7
Если на проектируемом электровозе предполагается установить уже выпускаемые
двигатели, то найденная номинальная мощность Рдн сравнивается с характеристиками
известных двигателей. Из них выбирается тот, мощность которого больше найденной Рдн,
но наиболее близка к ней. Полученный запас мощности на заданном профиле пути
позволит увеличить либо массу поезда, либо скорость на расчетном подъеме, что всегда
экономически целесообразно.
В работе не предусматривается подбор существующих типов тяговых двигателей.
Выбрав количество ТЭД, из электровозов серий ВЛ23 (6 осей), ВЛ10 (8 осей), ВЛ11
(12 осей) выбирается электровоз аналог, параметры которого используются в дальнейших
расчетах (см. приложение табл. П1, П2, П3).
1.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЯГОВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
1.3.1. Характеристики при номинальном напряжении на тяговом двигателе
Для проектирования системы управления электровозом и расчета его тяговотормозных характеристик необходимы следующие параметры тяговых двигателей:
номинальное напряжение Uдн, номинальный ток Iдн, коэффициент полезного действия дн,
сопротивление обмоток двигателя rд и его составляющих: ra – якоря,
rдп – дополнительных полюсов, rко – компенсационной обмотки (если она есть),
rгп – главных полюсов [1.3]. Кроме этого необходимы характеристики: скоростная V(I),
силы тяги F(I), КПД (I) и нагрузочная СVФ(IB) – зависимость магнитного потока Ф от
тока возбуждения IB, где СV – конструктивная постоянная, зависящая от конструктивных
особенностей ТЭД (от количества полюсов, типа обмоток якоря, наличия
компенсационной обмотки и т. д.). Так как для электровозов постоянного тока в тяговом
режиме используется последовательное возбуждение тяговых двигателей, то всегда ток
возбуждения равен току двигателя.
Если тип тягового двигателя известен, то указанные выше параметры и
характеристики содержатся в его паспортных данных.
Если же тип двигателя неизвестен, то для определения его параметров используется
метод подобия [1.1], где за основу принимаются параметры номинального режима
двигателя. На ЭПС постоянного тока в качестве номинального принято напряжение
Uдн = 1500 В.
Номинальный ток определяется из выражения, А:
I
дн
Pдн 103
U дн дн
,
где Рдн – номинальная мощность тягового двигателя, кВт (1.5);
8
(1.7)
Uдн = 1500 В – номинальное напряжение;
дн – КПД номинального режима.
Коэффициент полезного действия выбирается из табл. 1.2 [1.2]. Если номинальная
мощность Рдн отличается от указанной в табл. 1.2, то КПД определяется методом
интерполяции. Например, при Рдн = 520 кВт:
0,93 0,92
520
400
0,92 0,926 .
дн
600 400
Таблица 1.2
Зависимость КПД номинального режима от мощности тягового двигателя
Номинальная мощность Рдн , кВт
200
400
600
800
КПД дн
0,9
0,92
0,93
0,94
Сила тяги (кН) на ободе колеса находится как
Fкн
3,6Pдн дн ,
Vн
(1.8)
где Vн – скорость электровоза в номинальном режиме, км/ч.
Скорость номинального режима связана со скоростью на расчетном подъеме
соотношением (км/ч) [1.1]:
(1.9)
Vн 1,04Vp ,
где Vp – см. (1.3),
Суммарное сопротивление обмоток двигателя (Ом) находится как
rД
0,04Uдн
I дн
(1.10)
и распределяется по элементам цепи двигателя в соответствии с табл. 1.3 [1.1].
Таблица 1.3
Сопротивления отдельных обмоток двигателя в долях от суммарного сопротивления
Обмотка
Якорь, ra
Дополнительный полюса, rдп
Главные полюса, rгп
Компенсационная обмотка, rко
Сопротивление двигателя
некомпенсированного
компенсированного
0,45 rд
0,4 rд
0,2 rд
0,1 rд
0,35 rд / 0
0,25 rд / 0
0,25 rд
–
Примечание: в работе принимать некомпенсированный двигатель и 0 = 1. Компенсированный
двигатель, как правило, у электровозов переменного тока.
9
Для
построения
нагрузочной
характеристики
необходимо
соответствующий магнитный поток двигателя номинальному режиму [1.4]:
CvФн
Uдн Iдн rд , В/км/ч;
вычислить
(1.11)
Vн
где Uдн = 1500 В; Iдн – см. (1.7);
rд – см. (1.10);
Vн – см. (1.9);
В соответствии с методом аналогии [1.1], характеристики двигателя рассчитываются
на основе относительных значений [1.1], приведенных в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Расчётные значения относительных характеристик тягового двигателя, приведенных к ободу
колеса, в долях от параметров номинального режима (рекомендуется задать 8 значений
относительно к номинальному режиму – 4 слева и 4 справа от номинала, который представлен
в середине таблицы, где соотношение равно 1,0 ; т.е. всего 9 значений-точек)
I / Iдн
CvФ/CvФн
V / Vн
Fк/Fкн
0,3
0,56
1,76
0,14
0,4
0,68
1,51
0,24
0,6
0,83
1,22
0,48
0,8
0,93
1,08
0,75
1,0
1,0
1,0
1,0
1,2
1,05
0,94
1,27
1,4
1,1
0,89
1,53
1,6
1,14
0,86
1,79
1,8
1,17
0,83
2,05
При переходе от относительных значений к абсолютным в табл. 1.4 в ту ее графу, где
соотношение равно 1,0 записать данные, полученные в (1.7), (1.8), (1.9) и (1.10). Остальные
цифры в табл. 1.4 получаются как произведения записанных первоначально данных на
соответствующие коэффициенты.
Например, в строке 1 колонки 1 при Iдн = 1000 А запишем: 0,3 1000 А = 300 А.
По данным табл. 1.4 (по 9 точкам значений тока) в абсолютных значениях строятся
характеристики двигателя, которые имеют вид, показанный на рис. 1.2.
1.3.2. Характеристики при последовательном и последовательно-параллельном
соединениях
Как известно [1.4], перегруппировка двигателей ступенчато изменяет напряжение на
тяговом двигателе Uд . Поскольку сила тяги и магнитный поток не зависит от величины
напряжения на двигателе [1.4], то показанные на рис. 1.2 зависимости F=f(I) и CvФ=f(I)
будут соответствовать любому соединению двигателей.
Но скорость, развиваемая на ободе колеса, прямо зависит от Uд и поэтому скоростные
характеристики V=f(I) для разных соединений будут значительно отличаться друг от друга
10
CvФ, В/км/ч
100
Fk, kH
90
80
70
60
50
40
30
20
10
I, A
0
60
120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840
Рис. 1.2. Характеристики тягового двигателя, приведенные к ободу колеса при «П» (параллельном)
соединении ТЭД по 9 точкам
Поскольку номинальное напряжение Uдн может быть получено лишь на
параллельном (П) соединении двигателей, то приведенные к ободу колеса скоростные
характеристики двигателя для последовательно-параллельного (СП) и последовательного
соединений (С) могут быть рассчитаны на основе характеристики, показанной на рис. 1.2.
Для этого задаются каким либо током I, а по зависимости V=f(I) рис. 1.2 определяют
соответствующую этому току скорость V по формулам:
Vсп
Uсп I rд
V
U п I rд п
(1.12)
Uс I rд
(1.13)
и
Vс
Uп I rд
11
Vп ,
где Uп , Uсп , Uс – напряжения на двигателях при соответствующих соединениях
двигателей, В;
I – выбранные значения тока, А ( девять раз по данным рис. 1.2 и табл. 1.4);
Vп – соответствующее этому току значение скорости при параллельном соединении,
км/ч;
rд – сопротивление двигателя, Ом (1.10).
Находим соответствующие значения скорости на соединениях СП и С. Расчеты
выполняются для ряда значений тока (удобно использовать 9 значений первой строки из
табл. 1.4). Результаты расчета целесообразно представить в виде табл. 1.5, причем
количество столбцов табл. 1.5 будет зависеть от используемых соединений двигателей на
электровозе-аналоге (приложение), а количество строк должно соответствовать
количеству точек на кривых рис. 1.2 (выбрано девять).
Таблица 1.5
Скоростные характеристики П, СП и С соединений двигателей
I, А
I1 =
…
I9 =
Vп , км/ч
Uп – Irд, В
Uсп – Irд, В
Vсп , км/ч
Uс – Irд, В
Vс , км/ч
В соответствии с данными табл. 1.5 строятся зависимости V=f(I) для П (уже
отображено на рис. 1.2), СП и С соединений, которые представлены на рис 1.3. Для
студентов, у которых в качестве базового выбран 12-осный электровоз ВЛ11– только для
СП и П соединений, т.к. С соединение у электровоза отсутствует.
1.3.3. Характеристики ослабленного возбуждения
Ослабление возбуждения приводит, при прочих равных условиях, к изменению как
силы тяги, так и скорости.
Сначала необходимо получить характеристики для min (задание), а потом
определить количество ступеней регулирования ослабления возбуждения магнитного
поля и характеристики каждой из них. С этой целью используют соотношения:
F
I и
Ioп Foп ,
(1.14)
где Iоп , I – токи двигателя для режимов ослабленного и полного магнитного поля (ОП и ПП);
Fоп , F – силы тяги для ослабленного и полного возбуждения;
– коэффициент ослабления возбуждения для соответствующей ступени, а также
графический способ построения характеристик, который приведен в [1.5].
12
Для определения числа ступеней ослабления магнитного поля и значений этих
ослаблений предлагается следующий упрощенный способ: для студентов, у которых по
варианту значения лежат в диапазоне βmin = 0,3 – 0,37, предлагается принять 5 степеней
ослабления, а для диапазона βmin =0,38 – 0,44 предлагается принять 4 степени. Сами
значения степеней ослабления принимаются вследствие равномерного деления интервала
между βmin и 1 на соответственно 4 и 5 степеней. К примеру, β min =0,32. Тогда значение
интервала между 1 и 0,32 равно:
1 – 0,32 = 0,68
Так как при βmin =0,32 предлагается 5 степеней ослабления, то равномерный шаг по
каждой степени равен:
0,68/5 = 0,136
тогда значение первой степени ослабления равно: 1 – 0,136 = 0,864
значение второй степени
β 2 = 0,864 – 0,136 = 0,728
β 3 = 0,728 – 0,136 = 0,592
β 4 = 0,592 – 0,136 = 0,456
β 5 = 0,456 – 0,136 = 0,32 = β min ОП
На практике необходимое количество степеней ослабления магнитного поля
колеблется в пределах от 3 до 5. Их количество определяется в соответствии с
коэффициентом неравномерности пуска по току Кнi , который для ослабленного поля равен
[1.6]:
I Imin
Кнi max
0,15
(1.15)
Imax Imin
где Imax – максимальная величина тока после перехода на следующую ступень ОП, A;
Imin – минимальная величина тока перед переходом на следующую ступень ОП, А.
Окончательные скоростные характеристики ослабленного возбуждения (на примере
пяти ступеней ослабления магнитного поля ) переносим на рис. 1.3.
Сила тяги электровоза складывается из сил тяги каждого из двигателей, отнесенных
к ободам колес.
Fк = Fкд m ,
(1.16)
где Fкд – см. табл. 1.4;
m – см. (1.5).
Результаты расчетов удобно поместить в табл. 1.6.
Первые две строки заполняются для полного магнитного поля ПП. Девять значений
токов в первую строку табл. 1.6 взять из табл. 1.4. Там же искать соответственно девять
значений Fкдi для второй строки таблицы. Следующие строчки для каждой степени
ослабления ОПi определяем по (1.14): вначале девять значений Iопi и соответственно им
девять значений Fкд опi . Строки по определению сил тяги всего электровоза для полного
поля и каждой степени ослабления поля Fкi заполнить на основании (1.16).
13
для тока Imax при ОПmin
V, км/ч
Fk
для тока Imax при ПП
Ограничение по сцеплению
B
A
L
I, A
20
80
Рис. 1.3. Скоростные характеристики ТЭД. Ограничения тока двигателя по сцеплению
Таблица 1.6
Расчетные данные силы тяги двигателя и всего электровоза
для полного и ослабленных магнитных полей
Параметры
Значения
1
2
I пп , А
Fкд пп , кН
I оп1 , А
Fкд оп1 ,кН
I оп2 , А
Fкд оп2 , кН
……….
I оп min , А
F кд оп min , кН
F к пп , кН
F к оп1 ,кН
F к оп2 ,кН
……….
Fк оп min , кН
14
.....
9
По данным табл. 1.16 построить характеристики силы тяги двигателя Fкдi для полного
поля и всех степеней ослабления Fкдi = f(I), при этом следует помнить, что для каждой
степени ослабления поля следует выбирать только соответствующие ей значения тока при
конкретном ослабленном поле. Они имеют вид, показанный на рис. 1.4. Построения
выполняем по данным рис. 1.2, берем значения первой точки V1 и для нее определяем
значения I1 и F1 . Производим вычисления значений I1 и F1 для ослабления поля на
соответствующую ступень ослабления:
IОП1 = I1 / β1 и FОП1 = F1 / β1 .
Откладываем на рис. 1.2 первую точку зависимости FОП1 = f(IОП1). Аналогичные
вычисления повторяем для остальных значений скорости (рис. 1.2). Получаем зависимость
FОПi = f(IОПi) для первой ступени ослабления поля по всем 9-ти точкам.
Затем выполняем всю последовательность действий для остальных ступеней
ослабления поля, полученные результаты вычислений для отдельного ТЭД (IКДОПi и
FКДОПi) сводим в верхнюю часть таблицы 1.6. В нижнюю часть таблицы 1.6 подставляем
значения силы тяги всего электровоза FКОПi при различных ступенях ослабления поля.
Fk, kH
Fк оп2
Fоп2
Fк оп1
Fоп1
kк
FF
Fк опmin
min
Fоп
Fоп4
Fк оп4
Fоп3
Fк оп3
I, A
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15
Рис. 1.4. Примерны вид характеристик силы тяги двигателя/электровоза
15
1.4. ПУСКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Количество позиций регулирования скорости на ЭПС с пусковыми резисторами
зависит от коэффициентов неравномерности пуска по току (1.15), причём на пусковых
позициях КHI 0,07 0,08 [1.4]. При этом желательно, чтобы Imax (см. (1.15)) обеспечивал
бы такую силу тяги, которая была бы близка к предельной по условиям сцепления колеса
с рельсом.
1.4.1. Ограничение пускового режима по сцеплению колеса с рельсом
Предельные значения тока двигателя по условиям сцепления определяют по
зависимостям Fкд i =f(I) (см. рис. 1.4), вычислив предварительно [1.4]:
F кд max =Ψк ( М · g/m) , кН;
(1.17)
где к – расчётный коэффициент сцепления;
М – масса электровоза, т (см. (1.6));
g – ускорение свободного падения;
m – количество двигателей электровоза.
Коэффициент сцепления для ЭПС постоянного тока [1.7]:
3
0,0007V ,
к 0,28
50 20V
(1.18)
где V – скорость электровоза, км/ч.
Задавшись скоростью движения V (см. табл. 1.7 – рекомендуется 8 раз с указанными
интервалами) , по (1.18) определяют значения к, а затем по (1.17) – значения Fкд max. Далее
для каждого полученного в табл. 1.7 значения Fкд max по рис. 1.4 определяют максимальные
по сцеплению колеса с рельсом токи I max при ПП и I max при ОП min. Результаты полученных
токов для ряда выбранных значений скорости движения заносим в табл. 1.7. Полученные
в табл. 1.7 зависимости I max при ПП = f(V) и I max при ОП min = f(V) наносим на рис. 1.3. Точка
пересечения I max при ПП=f(V) (точка А) с кривой Vп=f(I) лежит, кроме прочего, на прямой
линии ограничения по сцеплению в области ослабленного возбуждения. Другой точкой,
характеризующей указанное ограничение в области ОП, будет пересечение
I max при ОП min= f(V) с характеристикой Vоп min = f(I) (см. рис. 1.3 точка B). На других позициях
ослабления поля ограничения по сцеплению определяются как точки пересечения прямой
AB с характеристиками Vоп1 = f(I), Vоп2 = f(I) и т.д. Кроме того, точкой L отмечено
пересечение кривой I max при ПП = f(V) с кривой Vсп = f(I), а точкой M – пересечение кривых
I max при ПП = f(V) с кривой Vс = f(I).
16
Таблица 1.7
Расчетные параметры ограничения по сцеплению
V, км/ч
к
Fкд max , кН
0
5
10
20
40
60
80
100
Imax при ПП , А
Imax при ОП min , А
1.4.2. Ступени пускового резистора
В работе предлагается использовать метод аналогий с существующими типами
локомотивов [1.8], для чего рассчитывается величина пускового резистора на первой
маневровой позиции, Ом:
1
U
(1.19)
R1 c mrд ,
I1M
n
где Uc = 3000 В – напряжение в контактной сети;
I1м – ток первой маневровой позиции;
m ' – количество тяговых двигателей, включенных последовательно;
n ' – количество параллельных цепей двигателей; (для электровоза ВЛ11 n' = 3, для
других электровозов n' = 1);
rд – см. (1.10).
Ток первой маневровой позиции выбирается из условия разгона одиночного
локомотива на площадке с ускорением dV/dt =0,3 0,4 м/сек2 [1.6]. Согласно [1.1] –
(см. (1.7) принимают:
I1м=0,3Iдн .
(1.20)
Используя таблицу соединения секций на каждой позиции контроллера машиниста
(см. приложение табл.: П1, П2, П3 [1.3] в зависимости от электровоза-аналога),
рассчитывают сопротивления пускового резистора на каждой позиции контроллера
машиниста электровоза [1.3]:
Ri = R1 ,
(1.21)
где Ri – сопротивление i-й позиции пускового резистора;
R1 – см. (1.19);
– соотношение Ri / R1 (см. приложение табл.: П1, П2, П3).
1.4.3. Скоростные характеристики режима пуска
Скоростные характеристики (км/ч) каждой позиции Vi = f(I) определяет выражение:
17
n
U I R r
д
i
д
,
m
Vi
СvФ
(1.22)
где Uд – напряжение на двигателе, В (например, для всех позиций П соединения
двигателей Uд = 1500 В);
I – ток двигателя, А (задается из табл. 1.4);
СvФ – см. табл. 1.4 и рис. 1.2, В/км/ч;
m' – число последовательно соединенных двигателей;
n' – число параллельно соединенных цепочек двигателей:
Ri – см. (1.21)
Для построения семейства характеристик Vi = f(I) задаются каким-либо значением
тока I (удобно брать значения I из табл. 1.4, используя номинальное значение тока и его
относительные значения по отношению к номиналу). Из табл. 1.4 или рис. 1.2 находят,
соответствующую выбранному значению тока I величину CvФ . Из выражений (1.21) и
(1.10) определяют Ri и rд , Количество последовательно соединенных двигателей m'
зависит от их группировки (С, СП, П). Подставляя все это в (1.22) определяют
соответствующее выбранному значению тока I, значение скорости V. Затем задаются
другим значением тока I и для него по (1.22) находят соответствующее значение скорости
V. И так далее. Все найденные значения скорости образуют кривую Vi=f(I) для i-й позиции.
Подобный расчет выполняется для каждой другой позиции. Ясно, что такие
многовариантные расчеты лучше доверить ЭВМ.
Если на первых позициях используется ослабление возбуждения (см. приложение
табл. П1, П2), то скоростные характеристики для этих позиций рассчитываются так же в
соответствии с (1.22), но значение CvФ определяют из рис. 1.2 для значений токов
возбуждения:
Iв=Ii ,
(1.23)
где I – значение тока якоря, которым задаются, А;
i – коэффициенты ослабления возбуждения, найденные в п. 1.3.3 для ОП1, ОП2, ОП3
… ОПmin .
По результатам расчета строят семейство характеристик Vi = f(I), вид которых показан
на рис. 1.5.
На рис. 1.5 нанести ограничение по сцеплению (см. табл. 1.7 и рис. 1.3). Здесь же
показать скоростные характеристики ОП.
Точка пересечения ограничения по сцеплению с безреостатной скоростной
характеристикой полного поля (точка A рис. 1.3) определит на рис. 1.7 значение Imax . Ток
Imin определяется точкой пересечения горизонтали, проведенной из точки A до
пересечения с характеристикой предыдущей позиции (см. рис. 1.7). Ломанная линия,
18
выделенная на рис. 1.7 утолщенными линиями, называется пусковой диаграммой. На этом
же рисунке видны маневровые (1–9 позиции) и дополнительные позиции (23–26 позиции).
На пусковой диаграмме Imax для всех позиций постоянный, а ток Imin изменяется и
определяется точкой пересечения горизонтали влево от точки Imax текущей позиции до
токовой характеристики предыдущей позиции контроллера машиниста.
Рис. 1.5. Скоростные характеристики электровоза и пусковая диаграмма
19
1.5. СИСТЕМА РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
Сушествует два вида электрического (электродинамического) торможения:
резистивное (реостатное) и рекуперативное. На отечественных грузовых электровозах
постоянного тока используется, как правило, только рекуперативное торможение, как
высокоэффективное, бысто оккупаемое и легко управляемое машинистом. Резистивное –
широко используется на пассажирском ЭПС. Так как в исходных данных представлено
только грузовое движение, то в работе будет рассмотрено рекуперативное торможение.
Разработка системы рекуперативного торможения ЭПС зависит от системы
управления, использованной в тяговом режиме, так как желательно использовать, по
возможности, одно и то же оборудование в обоих режимах.
Поскольку
система
управления
тяговым
режимом
предусматривает
неавтоматическое ступенчатое регулирование напряжения на тяговых двигателях с
перегруппировкой двигателей, то в работе предлагается рассчитать параметры и
характеристики системы рекуперативного торможения с противовозбуждением
вращающегося возбудителя (по аналогии с электровозами ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11). При этом
для каждого проектируемого электровоза должен быть спроектирован или подобран
возбудитель и система управления им. Однако это сама по себе сложная и трудоёмкая
работа. Поэтому в работе предлагается использовать типовой электромашинный
возбудитель, приспособив его к параметрам и количеству тяговых двигателей
электровоза, что является допущением.
1.5.1. Расчётная схема и исходные данные
Расчётная схема для режима рекуперативного тормоза показана на рис. 1.6 [1.3]. В
ней количество якорей тяговых двигателей (ТД), соединенных последовательно, зависит
от группировки двигателей (П, СП, С). Группировкой же определяется величина
стабилизирующего резистора (Rcт). Для проектируемого электровоза с допущениями
примем такую же схему и величины Rcт для разных соединений двигателей, как на
электровозе BЛ10 (см. рис. 1.6).
Для реализации рекуперативного торможения необходимо независимое возбуждение
ТЭД от возбудителя. Количество возбудителей на электровозе зависит от общего
количества тяговых двигателей и задается; для шестиосного электровоза – один, для
восьмиосного – два, для двенадцатиосного – три.
Обмотки возбуждения тяговых двигателей соединяются в две параллельные группы
по три для шестиосного и по две для электровозов с большим количеством двигателей.
В качестве возбудителя принимается НБ-436Б. Необходимые для расчётов параметры
такого возбудителя [1.3]: номинальный ток возбудителя I вн = 800 А; сопротивление
обмотки якоря rr = 0,00896 Ом; сопротивление обмотки противовозбуждения возбудителя
(ПВВ) rпвв = 0,00192 Ом.
20
Реостат Rр (см. рис. 1.6) позволяет получить 15 позиций регулирования режима
рекуперативного тормоза.
При напряжении в контактной сети Uкс = 3300 В, которое является расчётным для
рекуперативного торможения, зависимость между ЭДС на зажимах генератора
возбудителя (Г) от позиций регулирования, рассчитанная по формуле [1.3]:
Ег = Iв ( (Rг + r гп а/в),
(1.24)
где I в– ток возбудителя, А (см. 1.25);
Rг = 0,00896 Ом – сопротивление обмотки якоря возбудителя;
rгп – сопротивление обмотки главных полюсов тягового двигателя (см. таб. 1.3);
а – количество последовательно соединенных обмоток возбуждения;
в – количество параллельных цепей обмоток возбуждения, (см. рис. 1.6); определяется
из нагрузочной характеристики возбудителя [1.3] – для НБ-436Б в = 2.
Rр
Rст
Rст
Rд
Rст
Rст
Rст
Rд
Rст
Рис. 1.6. Расчетная схема режима рекуперативного торможения: двигатели Д1 и Д2 вращают
генераторы возбуждения В1 и В2; НО – независимые обмотки генераторов возбуждения;
ВО – встречные обмотки противовозбуждения возбудителя
21
Зависимость между ЭДС генератора возбудителя НБ-436Б от номера позиции
регулирования (всего их 15) показана на рис. 1.7. Она представляет собой семейство
характеристик для разных токов рекуперации. В соответствии с рис. 1.7 можно определить
ток возбудителя на любой позиции из следующего выражения, А:
IВ
Eг
,А
R г rгп а в
(1.25)
Например, для того, чтобы определить IВ на 10-й позиции при токе рекуперации
Ip = 300А, на рис. 1.7 провести вертикаль, соответствующую 10-й позиции, до пересечения
с линией зависимости Ег = f(Nпозиций) для тока Ip = 300 А и по положению точки
пересечения определить Ег. Подставив значение Ег в (1.25), определим IВ.
При этом ток, проходящий в обмотке возбуждения двигателя IОВ (см. рис. 1.6),
составит:
I
IОВ В , А
(1.26)
в
где IВ – см. (1.25);
в – см. (1.24).
Рис. 1.7. Зависимости ЭДС (Ег ) возбудителя НВ-436Б от позиций регулирования (Nпозиций)
при UKС = 3300 В и разных токах рекуперации IР
22
1.5.2. Тормозные характеристики
Тормозной характеристикой называют зависимость между тормозным усилием и
скоростью движения В = f(V). Другой важной характеристикой режима рекуперативного
тормоза является зависимость между скоростью движения и током в тяговом двигателе
V = f(Ip).
Тормозное усилие, развиваемое электровозом, складывается из тормозных усилий
каждого двигателя, кН:
3,6 103
,
(1.27)
В m
СvФIp B
зп д
где m – количество тяговых двигателей на электровозе;
Ip – ток якоря двигателя в режиме рекуперации, А;
CvФ – см. табл. 1.4 в абсолютных значениях, В/км/ч;
зп = 0,975 – КПД зубчатой передачи [1.3];
д – КПД двигателя (см. табл. 1.2);
В – добавочное тормозное усилие, связанное с механическими и электрическими
потерями мощности.
Если с допущениями принять, что В составляет 3% от первого слагаемого в (1.27),
то тормозное усилие (кН) можно представить как:
В
1,03 3,6 m
3
СvФI p 10 .
(1.28)
зп д
Зависимость скорости от тока в якоре определяется выражением, км/ч
V
Uкс Ip R т
,
(1.29)
nС vФ
где UKС = 3300 В – расчетное значение напряжения в контактной сети для тормозного
режима;
Ip – ток в якоре двигателя в тормозном режиме (ток рекуперации), А;
Rт – общее сопротивление цепи якоря двигателя (зависит от группировки двигателей
П, СП, С), Ом;
n – количество якорей тяговых двигателей, соединенных последовательно (зависит
от группировки двигателей П, СП, С);
СvФ – см. (1.11) и рис. 1.2, B/км/ч;
Общее сопротивление цепи якоря двигателя, Ом (см. рис. 1.6)
Rт = n(ra + rдп + rко ) + rппв + Rcт rш,
23
(1.30)
где n – см. (1.29);
ra, rдп, rко – см. табл. 1.3 и (1.10);
rппв = 0,00192 Ом – см. (1.24);
rш = 0,025 Ом (сопротивление индуктивного шунта);
Rст – возможны 2 варианта:
Rстп = 0,116 Ом для параллельного соединения якорей двигателей [1.12];
Rстсп = 0,348 Ом для CП и С соединений якорей двигателей [1.12];
1.5.3. Последовательность расчёта характеристик
Расчёт характеристик производится в следующем порядке:
1. Выбрать количество возбудителей на проектируемом электровозе;
2. На основе рис. 1.6 изобразить расчетную схему режима рекуперативного тормоза
для Вашего электровоза;
3. Задаться величиной тока якоря ( рекуперации), например, Ip = 0,А;
4. Задаться группировкой якорей двигателей (например, П).
5. Задаться позицией регулирования тормозного режима (максимальное число
позиций – 15, лучше начать с позиции 1).
6. Из рис. 1.7 для выбранной позиции регулирования и выбранного тока якоря Iр
определить Ег (1.24).
7. По формуле (1.26) с учётом (1.25) и (1.24) определить IОВ.
8. По рис. 1.2 для найденного в п. 7 значения IОВ определить CvФ.
9. По формуле (1.28) с учетом (1.27) для выбранного в п. 1 тока Ip и найденного в п.
8 значения CvФ определить тормозное усилие В.
10. По формуле (1.30) определить Rт (учесть изменения Rст).
11. По формуле (1.29) для заданного в п. 3 значения Ip и найденного в п. 8 CvФ
вычислить V.
12. Изменить группировку двигателей (например, с П на СП).
13. Выполнить расчёты по п. 10 и п. 11 для выбранного в п. 12 соединения при
выбранной в п. 5 позиции регулирования.
14. Изменить группировку двигателей (например, с СП на С).
15. Выполнить расчеты по п. 10 и п. 11 для выбранного в п. 14 соединения при
выбранной в п. 5 позиции регулирования.
16. Занести результаты расчётов в пунктах: 7, 8, 9, 11, 13 и 15 в табл. 1.8 в
соответствующие колонки [1.3].
17. Повторить расчеты, начиная с п. 5 для всех 15 позиций регулирования
тормозного режима.
18. Задаться другой величиной тока якоря Ip = 200 А. Повторить расчеты по пп. 4–17.
19. Задаться Ip = 400 А. Повторить расчеты по пп. 4–17.
20. Задаться Ip = 600 A. Повторить расчеты по пп. 4–17.
24
Вид характеристик тормозного режима В = f(V) и V = f(I) показан на рис. 1.8.
Таблица 1.8
Расчетные данные характеристик тормозного режима
Ток рекуперации
Позиция
Iов,
А
СvФ,
в/км/ч
Ip = 0А
Vп,
В,
кН км/ч
Vсп,
км/ч
Vс,
км/ч
Iов,
А
СvФ,
в/км/ч
Ip = 200А
Vп,
В, кН
км/ч
Vсп,
км/ч
Vс,
км/ч
1
...
15
Ток рекуперации
Позиция
Ip = 400А
Ip = 600А
1
...
15
V, км/ч
Ограничение по VК
П соединение
1-15 позиция
П соединение
1-15 позиция
UДИ (В)
СП соединение
1-15 позиция
Ограничение
по сцеплению
С соединение
1-15 позиция
СП соединение
1-15 позиция
Ограничение
по коммутации
Ограничение
по коммутации
B, кН
Ограничение
по сцеплению
С соединение
1-15 позиция
I, А
Рис. 1.8. Примерный вид тормозных и скоростных характеристик для 1–15 позиций регулирования
рекуперативного режима
25
1.5.4. Ограничения характеристик рекуперативного тормоза
Как и в режиме тяги, при управлении электровозом необходимо выполнить
определенные условия, чтобы не допустить аварийных режимов.
Ограничение по максимальной скорости
Это ограничение определяется конструкционной скоростью электровоза и показано
на рис. 1.8 в виде горизонтальной линии на уровне Vк (см. задание).
Ограничение тормозного режима по сцеплению колеса с рельсом
Это ограничение по своей природе не отличается от аналогичного в тяговом режиме,
но срыв сцепления приводит не к боксованию, а к юзу.
Нарушение сцепления наступает в том случае, когда тормозное усилие превышает
силу сцепления колеса с рельсом.
Предельные значения тормозного усилия (кН) для электровоза определит выражение
Вmax = кт М g,
(1.31)
где кт – расчётная коэффициент сцепления колеса с рельсом в режиме электрического
торможения;
М – масса, электровоза (см. (1.6)), т;
g = 9,81 м/сек2 – ускорение свободного падения;
Расчётный коэффициент сцепления в тормозном режиме принимают на 20% меньше,
чем в тяговом [1.3]:
кт = 0,8к
(1.32)
где к – см. (1.18).
Задаются скоростью движения V и по формуле (1.32) с учётом (1.25) определяют кт.
Подставляют найденное значение в (1.31), определяя Вmax . Расчетные значения кт и Вmax
для ряда скоростей заносят в табл. 1.9.
На данным табл. 1.9 наносят ограничения по сцеплению на характеристики
тормозного режима (рис. 1.8) сначала на В = f(V), а затем переносят на характеристики
V = f(I). Для этого проводят горизонталь из точек пересечения ограничения по сцеплению
с характеристиками В = f(V) позиций регулирования до пересечения с соответствующими
характеристиками V = f(I) так, как это показано на рис. 1.8.
Таблица 1.9
Расчетные значения ограничений тормозного усилия по сцеплению
V, км/ч
кт
Вmax, кН
0
5
10
20
26
40
60
80
100
Ограничение по максимальному току возбуждения
(выбор доступного числа из 15 позиций рекуперативного торможения)
Как показано в [1.13], максимальный ток в обмотках возбуждения можно принять с
допущениями для рекуперативного режима:
Iов max = 1,1 Iдн А,
(1.33)
где Iдн – см. (1.7).
Так как в расчетах использован возбудитель НБ-436В, то для проектируемого
электровоза с учетом максимального тока возбуждения не всегда можно использовать все
15 позиций регулирования тормозного режима. То есть, ограничение по I ов max для
конкретного типа возбудителя связано с возможным ограничением количества позиций
регулирования.
Для определения числа возможных позиций регулирования необходимо в
соответствии с (1.24) и (1.26) вычислить максимальное значение ЭДС генератора
возбудителя, В:
Ег max = Iов max в(Rг + rгп а/в),
(1.34)
где Iов max – см. (1.33); остальные составляющие см. (1.24).
Затем на характеристиках Eг = f(Nпозиций) рис. 1.7 провести горизонталь,
соответствующую Ег max, до точки пересечения с характеристикой Ip = 0А. Опустить из
этой точки вертикаль, до пересечения с осью абсцисс, которая и определит возможное
количество позиций регулирования тормозного режима. Например, как это показано на
рис. 1.7, при Ег max = 45 В без ограничения можно использовать лишь 11 позиций. Если же
Ег max > 54В, то можно использовать все 15 позиций.
Следует отметить, что максимальный ток возбуждения Iов max выбирается, в
частности, из соображений отсутствия перегрева обмотки возбуждения при 40-минутном
режиме ее работы [1.3]. Поэтому при более кратковременном режиме в нашем примере
машинист мог бы использовать 12-ю и последующие позиции регулирования.
Ограничения по условиям коммутации
Как и в режиме тяги, в режиме рекуперативного торможения необходимо не
допустить такого соотношения между током якоря и током возбуждения, которое привело
бы к аварийному режиму по условиям коммутации.
Минимальное соотношение между Ip и Iов определяется из выражения [1.3]:
Ip
Ioв min
где min – см. задание.
27
1 ,
min
(1.35)
Именно такое соотношение рассматривается как ограничение по коммутации для
параллельного соединения (П) якорей тяговых двигателей.
При пониженном напряжении на коллекторе, что характерно для СП и С соединений,
допускается соотношение, являющееся ограничением по коммутации для указанных
соединений якорей двигателей:
Ip
(1.36)
4.
Ioв min
Расчет ограничений В = f(V) и V = f(Ip) осуществляется в следующем порядке:
- задаются группировкой якорей, например, П – соединением, а значит и Ip/ Iовmin в
соответствии с (1.35) или (1.36);
- задаются током якоря, например Ip = 200A;
- по формуле (1.35) или (1.36) вычисляют Iовmin А;
- по рис. 1.7 задав Iов min определяют значение CvФ, B/км/ч;
- по формуле (1.29) с учетом (1.30) находят значение V, км/ч;
- по формуле (1.28) вычисляют В кН;
- заданные и расчетные данные заносят в табл. 1.10;
- повторяют расчеты последовательно для Ip = 300A, 400А, 500А, 600А;
- повторяют расчета для СП и С соединений.
По данным табл. 1.10 на характеристики В = f(V) и V = f(Ip) наносятся ограничения
по коммутации (см. рис. 1.8).
Таблица 1.10
Расчетные данные ограничений тормозного режима по коммутации
Ip, А
П (Ip / Iовmin = 1/min)
Iовmin, CvФ,
V,
В,
кН
А
B/км/ч км/ч
Соединение якорей двигателей
СП (Ip / Iовmin = 4)
Iовmin,
А
CvФ,
B/км/ч
V,
км/ч
В,
кН
С (Ip / Iовmin = 4)
Iовmin,
А
CvФ,
B/км/ч
V,
км/ч
В,
кН
200
300
400
500
600
По данным табл. 1.10 на характеристики В = f(V) и V = f(Ip) наносятся ограничения
по коммутации (см. рис. 1.8).
28
1.6. ПОРЯДОК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК
1.6.1. Мощностные и массо-габаритные параметры
1. Скорость электровоза на расчетном подъёме. Определяется в соответствии с (1.3)
и исходными данными.
2. Сила тяги электровоза на расчётном подъёме. Определяется в соответствии с (1.2)
с учетом рис. 1.1 для Vp и исходными данными;
3. Мощность электровоза на расчетном подъеме. Определяется в соответствии с (1.1)
с учетом (1.2) и (1.3).
4. Мощность электровоза в номинальном режиме. Определяется в соответствии с
(1.4) и (1.1).
5. Номинальная мощность тягового двигателя и число осей электровоза. Выбираются
в соответствии с (1.5) и соображений, изложенных в п. 1.2. Выбрать тип электровоза –
аналога (см. приложение).
6. Масса электровоза. Определяется в соответствии с (1.6).
1.6.2. Характеристики тягового двигателя
1. Номинальный ток. Определяется по (1.7) с учётом (1.5) и табл. 1.2.
2. Скорость номинального режима. Определяется по (1.9) с учётом (1.3).
3. Сила тяги на ободе колеса в номинальном режиме. Вычисляется по (1.8) с учётом
(1.9).
4. Параметры обмоток двигателя. Определяется rд из (1.10), а затем: rа, rдп, rгп в
соответствии с табл. 1.3.
5. Удельная ЭДС номинального режима. Определяется СvФ по (1.12).
6. Расчёт и построение характеристик. Привести примеры расчёта I, СvФ, V, F и
составить табл. 1.4 в абсолютных величинах. Построить характеристики F(I), CvФ(I) и V(I).
1.6.3. Характеристики электровоза
1. Скоростные характеристики при перегруппировках двигателей. На основании
(1.12) и (1.13) заполнить табл. 1.5 и построить характеристики V = f(I) для полного
магнитного поля (см. рис. 1.3).
2. Характеристики ослабленного возбуждения. Определить значения для каждой
ступени ослабления возбуждения. Построить скоростные характеристики для
ослабленного магнитного поля (см. рис. 1.3).
3. Характеристики силы тяги двигателя (электровоза) от тока для полного и
ослабленного поля. На основании (1.16) заполнить табл. 1.6 и построить характеристики
(см. рис. 1.4).
29
1.6.4. Расчёт и выбор пусковых резисторов, построение пусковой диаграммы
1. Ограничение пускового режима по условиям сцепления колеса с рельсом. Расчёт
данных для табл. 1.7 проводится на основании (1.17). Пo данным табл. 1.7 на рис. 1.3
нанести ограничения по сцеплению для полного и ослабленного возбуждений.
2. Расчёт пускового резистора и выбор его ступеней. В соответствии с (1.19)
вычислить сопротивление первой маневровой позиции. Пo количеству двигателей
(см. п. 1.2) с учётом приложения выбрать схему пускового резистора. Рассчитать, в
соответствии с (1.20) и (1.21), сопротивления секций резистора и сопротивления пускового
резистора на каждой позиции.
3. Расчёт и построение пусковых характеристик и диаграммы. В соответствии с (1.22)
рассчитать с использованием персонального компьютера скоростные характеристики
Vi = f(I) для всех позиций регулирования скорости, за исключением первых позиций с
использованием ОП, для которых расчеты выполнить вручную. На основании расчётов
построить скоростные характеристики (см. рис. 1.5). Рекомендуемые масштабы: тока
mI = 5 А/мм; скорости mv = 0,5 км/ч/мм. Здесь же построить скоростные характеристики
ослабленного возбуждения (перенести с рис. 1.3) и нанести ограничения по сцеплению.
Построить пусковую диаграмму. Интервалы изменения скорости на маневровых и
дополнительных позициях выбрать самостоятельно. Проверить количество выбранных
позиций по коэффициенту неравномерности пуска по току с условием, что для полного
возбуждения KHI = 0,070,08, а для ослабленного поля – см. (1.15). При использовании
формулы (1.15) для полного магнитного поля значения Imax и Imin взять из рис. 1.5.
1.6.5. Расчет и выбор параметров системы рекуперативного торможения
1. Выбор схемы. На основе рис. 1.6 с учетом количества двигателей на
проектируемом электровозе изобразить схему проектируемого электровоза в тормозном
режиме на СП и П – соединениях.
2. Расчет количества позиций регулирования тормозного режима. В соответствии с
(1.34) рассчитать Eгmax, нанести его на рис. 1.7 и определить количество позиций
регулирования.
3. Тормозные характеристики. В соответствии с п. 1.5.3 выполнить расчеты
зависимостей В = f(V) и V = f(Iр) и заполнить табл. 1.8 (принимая во внимание расчеты в
предыдущем пункте). Привести примеры расчета. Построить зависимости В = f(V) и
V = f(Iр),
\ как это показано на рис. 1.8. Выбрать масштабы так, чтобы тормозные и
скоростные характеристики заняли лист формата А4, развернутый по часовой стрелке на
1/4 оборота.
4. Ограничение тормозного режима.
- Ограничение по скорости. Указать в тексте ограничение по скорости и нанести его
на рис. 1.8.
30
- Ограничение по сцеплению колеса с рельсом. В соответствии с п. 1.5.3 рассчитать
зависимость В = f(V), дать пример расчета, заполнить табл. 1.9 и нанести зависимость
V = f(Iр) на рис. 1.8.
- Ограничение по условиям коммутации. В соответствии с п. 4 параграфа 1.5.4
выполнить расчеты, привести примеры расчета и заполнить табл. 1.10. Нанести
полученные ограничения на рис. 1.8 так, как это показано на рис. 1.8.
Заключение
Привести параметры спроектированного электровоза:
- род службы;
- род тока;
- напряжение в контактной сети, В;
- формула ходовой части;
- ширина колеи, мм;
- номинальная мощность, кВт;
- сила тяги в номинальном режиме, кН;
- скорость электровоза в номинальном режиме, км/ч;
- тормозное усилие в рекуперации при номинальной скорости, кН;
- конструкционная скорость, км/ч.
31
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (для подготовки к зачету)
1. От чего зависит мощность, которой должен обладать электровоз?
2. Чем определяется сила тяги проектируемого электровоза для заданного участка
пути?
3. От чего зависит колесная формула электровоза?
4. Как определить номинальную мощность тягового двигателя?
5. Чем определяется номинальный ток тягового двигателя?
6. Какой ток называют номинальным?
7. Что характеризует номинальный режим электровоза?
8. От чего зависит номинальная скорость электровоза?
9. Что называют тяговой характеристикой электровоза?
10. Что называют скоростной характеристикой электровоза?
11. От каких параметров тягового двигателя зависит скорость электровоза?
12. От каких параметров тягового двигателя зависит сила тяги электровоза?
13. Что называют коэффициентом ослабления поля тягового двигателя? В каких
пределах он может изменяться?
14. От чего зависит количество ступеней регулирования скорости на электровозе
постоянного тока?
15. Каковы ограничения характеристик силы тяги?
16. Каково назначение дополнительных и маневровых ступеней регулирования
скорости электровоза?
17. Какие способы перегруппировки тяговых двигателей вы знаете?
18. Какой способ возбуждения может быть использован при рекуперативном
торможении.
19. Из каких основных элементов состоит силовая цепь рекуперативного тормоза?
20. Что называют тормозной характеристикой?
21. От каких параметров двигателя зависит тормозное усилие электровоза при
электрическом торможении?
22. От чего зависит скорость электровоза в режиме рекуперации?
23. Назовите ограничения характеристик тормозного режима?
32
33
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Проектирование систем управления электроподвижным составом / под ред. Н.А.
Ротанова. – М.: Транспорт, 1986. – 327 с.
2. Проектирование систем управления подвижным составом электрических
железных дорог / под ред. Д.Д. Захарченко. – М.: Транспорт, 1964. – 351 с.
3. Плакс А.В. Системы управления электрическим подвижным составом : учебник
для вузов ж.-д. транспорта. – Москва: Маршрут, 2005. – 360 с.
4. Тихменев Б.Н. Подвижной состав электрифицированных железных дорог / Б.Н.
Тихменев, Л.М. Трахтман. – 4-е изд., перераб. и допол. – М.: Транспорт, 1991. – 352 с.
5. Галкин В.Г. Системы управления электрическим подвижным составом / В.Г.
Галкин, Ю.А. Усманов, А.А. Бакланов. – Омск: ОмИИТ, 1977. – 38 с.
6. Галкин В.Г. Электрическое оборудование подвижного состава. – Омск: ОмИИТ,
1968. – 36 с.
7. Правила тяговых расчетов для поездной работы. – М.: Транспорт, 1985.– 320 с.
8. Привалов В.В. Краткое руководство по курсовому проектированию электровозов
постоянного тока / В.В. Привалов, С.И. Осипов. – М.: ВЗИИТ, 1962. – 265 с.
9. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. – М.: Транспорт, 1991. – 480 с.
10. Чебовский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы : справочник / О.Г.
Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р.П. Недошивин. – М.: Энергомашиздат, 1985. – 400 с.
11. Привалов В.В. Системы управления электроподвижным составом / В.В.
Привалов, А.А. Аватков. – М.: ВЗИИТ, 1981. – 28 с.
12. Электровоз ВЛ10. Руководство по эксплуатации / под ред. О.А. Кикнадзе. – М.:
Транспорт, 1975. – 520 с.
13. Привалов В.В. Системы управления электрическим подвижным составом :
методические указания к выполнению курсового проекта / В.В. Привалов, А.А. Аватков.
– М.: ВЗИИТ, 1987. – 23 с.
14. Папченков С.И. Электрические аппараты и схемы тягового подвижного состава.
– М.: Желдориздат, 2002. – 603 с.
15. Плакс А.В. Системы управления электрическим подвижным составом : учебник
для вузов ж.-д. транспорта. – Москва: Маршрут, 2005. – 360 с.
16. Проектирование систем управления электроподвижным составом / под ред. Н.А.
Ротанова. – М.: Транспорт, 1986. – 327 с.
17. Привалов В.В. Системы управления электроподвижным составом: методические
указания к выполнению курсового проекта / В.В. Привалов, А.А. Аватков. – М.: ВЗИИТ,
1987. – 23 с.
18. Привалов В.В. Системы управления электроподвижным составом :
Программированное задание на курсовой проект / В.В. Привалов, А.А. Аватков. – М.:
ВЗИИТ, 1987. – 12 с.
34
19. Проектирование систем управления электроподвижным составом / под ред. Н.А.
Ротанова. – М.: Транспорт, 1972. – 328 с.
20. Карпов В.Г. Электрический подвижной состав переменного тока с плавным
регулированием напряжения на тяговых двигателях : учебное пособие. – М.: ВЗИИТ, 1987.
– 60 с.
21. Тихменев Б.Н. Подвижной состав электрифицированных железных дорог.
Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты / Б.Н. Тихменев,
Л.М. Трахтман. – М.: Транспорт, 1980. – 471 с.
22. Карпов В.Г. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине
«Электронная техника и преобразователи». – Самара : СамИИТ, 1991. – 39 с.
23. Плакс Д.В. Расчет систем управления электрическим подвижным составом :
учебное пособие / Д.В. Плакс, А.С. Мазнев. – Л.: ЛИИЖТ, 1986. – 74 с.
35
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П.1
Соединение секций и относительные сопротивления пускового резистора электровоза ВЛ11
(две группировки двигателей СП и П)
Поз
1,2
3,4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Соединение секций
R1+
[(R1+
[(R1+
[(R1+
[(R1+
(R1+
R2+ R3+ R4+ R5+ R6+ R7+ R8+ R9+ R10+ R11+ R12+
Использ. ОП: поз1-ОП1; поз-ОП2; поз 3-ОП3; 4-ПП
R2+ R3+ R4+ R5+ R6+ R7+ R8+ R9+ R10+ R11+ R12+
R2+ R3+ R4+ R5+ R6+ R7+
R9+ R10+ R11+ R12+
R3+ R4+ R5+ R6+ R7+
R9+ R10+ R11+ R12+
R3+ R4+ R5+ R6+ R7+
R10+ R11+ R12+
R4+ R5+ R6+ R7+
R10+ R11+ R12+
R4+ R5+ R6+ R7+
R11+ R12+
R5+ R6+ R7+
R11+ R12+
R5+ R6+ R7+
R11+ R12+
R5+
R7+
R11+ R12+
R5+
R7+
R12+
R2)+ (R3+ R4)+ R5]+
R7+
R12+
R2)+ (R3+ R4)+ R5]+
R7+ [(R8+ R9)+ (R10+ R11)+ R12]+
R2)+ (R3+ R4)+ R5]+
R7+ [(R8+ R9)+ (R10+ R11)+ R12]
R2)+ (R3+ R4)+ R5]+
[(R8+ R9)+ (R10+ R11)+ R12]
[R2+ (R3+ R4)+ R5]+
[R9+
R11+ R12]
R9+
R11+ R12
R13+ R14
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R14
R2+ R3+
(R2+ R3+
(R2+ R3+
(R3+
(R3+
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R13+
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14)
R14}
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
(R4+
(R4+
{[(R1+ R2)+ (R3+ R4)+
[( R2+
R4+
[( R2+
R4+
R2+
R4+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
(R5+
(R5+
(R5+
(R5+
R5]+
R5)+
R5)+
R5+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R7)+ (R8+
R7)+ (R8+
R7)+
R7)+
R7)+
R7)+
R7)+
R7)+
R7)+
R7)+
R7)+
R7}+
R7]+{ [(R8+
R7]+ [(R8+
36
R9+
R9+
(R9+
(R9+
R9)+
R9)+
R9+
R10+ R11+
R10+ R11+
R10+ R11+
R10+ R11+
( R10+ R11+
( R10+ R11+
( R11+
( R11+
( R11+
( R11+
R12+
R12+
R12+
R12+
R12+
R12+
R12+
R12+
R12+
R12+
( R12+
( R12+
R11+R12]+
R11+ R12]
R11+ R12+
1,0
1,0
0,884
0,766
0,707
0,654
0,577
0,506
0,441
0,368
0,312
0,258
0,2085
0,1718
0,1229
0,0781
0,0179
0,0197
0
0,248
0,216
0,1905
0,175
0,1625
0.142
0,127
0,1066
0,091
0,0763
0,0642
0,0505
0,0356
0,0191
0.0107
0
Таблица П.2
Соединение секций и относительные сопротивления пускового резистора
электровоза ВЛ10
Поз
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Соединение секций
R1+
R2+
R1+
R2+
R2+
R2+
(R1+
R2+
(R2+
[(R1+
[(R1+
[(R1+
[(R1+
[(R1+
R2+
R2+
R2+
R2+
R2+
(R1+
R2+
(R2+
(R2+
(R2+
(R2+
R1+
R2+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3)+
R3+
(R3+
(R3+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3)+
R3+
R3+
R3+
R3+
R4+
R5+
R6+ R7+
R8+ R9+
C использ. ОП: поз1-ОП2, поз2-ПП
R4+
R5+
R6+ R7+
R8+ R9+
R4+
R5+
R6+ R7+
R8+ R9+
R5+
R6+
R8+ R9+
R5+
R6+
R8+ R9+
R6+
R8+ R9+
R6+
R9+
R6+
R9+
(R4+ R5+ R6)+
R9+
(R4+ R5+ R6)+ (R7+ R8+ R9)+
(R4+ R5+ R6)+ (R7+ R8+ R9)+
(R4+ R5+ R6)+ (R7+ R8+ R9)+
(R4+ R5+ R6)+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
(R4+
(R4+
(R4+
R5+
R5+
R5+
(R4+
(R4+
R5+
R5+
(R5+
R4+
R5+
R6)+
R6)+
R6)+
R6]+
R6]+
R6]+
R6]+
R6)]+
R6)+
R6)+
R6)+
R6)+
R6)+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
(R7+
(R7+
R8+
R8+
(R8+
(R8+
(R7+
[(R7+
R8+
R8+
R10+
R9+
R9+
R9+
R9+
(R9+
(R9+
(R9+
R9)+
R9)+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R12)
R12)
R12)
R12)
R12)
R12)
R12)
R12
R12]
R12)
(R10+ R11+
(R7+
(R7+
(R7+
(R7+
R8+
R8+
R8+
R8+
(R8+
(R8+
R7+
R8+
37
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9+
R9+
R9+
R12
(R10+
(R10+
(R10+
(R10+
(R10+
(R10+
(R10+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R10+
R11+
R12)
R12)
R12)
R12)
R12)
R12)
R12)
R12
R12
1,0
0,696
0,506
0,4
0,32
0,275
0,231
0,2
0,144
0,128
0,0836
0,0621
0,0461
0,0234
0
0,126
0,105
0,0779
0,0697
0,0558
0,0521
0,0361
0,0214
0,0143
0,0084
0
0,0587
0,0515
0,0425
0,0352
0,0278
0,0228
0,0162
0,0098
0.0045
0
Таблица П.3
Соединение секций и относительные сопротивления пускового резистора электровоза ВЛ23
Поз
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Соединение секций
R1+
R1+
R1+
R1+
R1+
R1+
R1+
R1+
R1+
R1+
R2+
R2+
R2+
R2+
R2+
R2+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R3+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
[(R1+
[(R1+
[R1+
(R1+
(R1+
R2)+
R2)+
(R3+
(R3+
(R3+
R4)+
R4)+
R4)+
R4+
R4+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5+
R5]+
R5]+
R5]+
R5)+
R5)
(R1+
(R1+
(R1+
(R1+
R2+
R2+
R2+
R2+
R3+
R3+
R4+
R4+
R4+
R4+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R6+
R7+
R7+
R7+
R7+
R8+
R8+
R8+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
R9+
[(R6+
[(R6+
[(R6+
[R6+
(R6+
R7)+
R7)+
R7)+
(R8+
(R8+
(R8+
(R8+
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10]+
R10]+
R10]
R10]
R10)
(R6+
(R6+
(R6+
(R6+
R7+
R8+
R8+
R8+
R9+
R9+
R9+
R9+
R10+
R10+
R10+
R10+
R11+
R11+
R11+
R11+
R11+
R12+
R12+
R13+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
(R11+
[R11+
[R11+
(R11+
(R11+
R12)+
(R13+
(R13+
R14)+
R14)+
R14+
R14+
R14+
R11+
R14+
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15
R15]
R15)
R15)
R15)
R15)
R15)
R15)
R15)
1,0
0,684
0,473
0,368
0,3154
0,268
0,226
0,1997
0,174
0,156
0,132
0,118
0,103
0,088
0,0705
0,0602
0,0488
0,0408
0,0277
0,02
0,013
0,006
0
0,0869
0,0769
0,0683
0.0552
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
(R1+
(R1+
(R1+
(R1+
(R1+
R2+
R2+
R2+
R2+
R4+
R4+
R4+
R4+
R4+
(R4+
(R4+
R1+
R4+
(R1+
(R1+
(R1+
R4+
R4+
R4+
(R4+
(R4+
(R1+
R1+
R2)+
(R3+
R4)+
R4+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R5+
R5+
R5+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R5)+
R5+
R5+
R5+
R5+
{(R6+
{(R6+
{(R6+
[R6+
[R6+
R6+
R6+
R7)+
R7)+
R7)+
(R6+
(R6+
R7+
(R6+
R6+
R6+
R7)+
(R8+
(R8+
(R8+
(R8+
(R8+
(R8+
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9)+
R9+
R9+
R9+
(R9+
(R9+
(R9+
(R8+
(R8+
R9)+
R9)+
R9+
(R10+
[R10+
{[R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10+
R10)+
R10)+
R10)+
R10)+
R10)+
R10+
R10+
R10+
R10+
(R11+
[R11+
[R11+
[R11+
[R11+
(R11+
(R11+
R12)+
(R13+
(R13+
(R13+
(R13+
(R13+
(R11+
(R11+
(R11+
(R11+
(R11+
R11+
R11+
R11+
R14)+
R14)+
R14)+
R14)+
R14)+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
R14+
(R13+
(R13+
R14)+
R14)+
R14+
R15)
R15]
R15]}
R15]}
R15]}
R15]}
R15)]
R15)]
R15)
R15)
R15)
R15)
R15)
R15
R15
R15
R15
0,0455
0,0404
0,0334
0,0292
0,0238
0,0184
0,0143
0,0103
0.0072
0,0032
0
0,0301
0,025
0,0212
0,0162
0,0121
0,0092
0,0064
0.0044
0,0025
0