Тяговые электродвигатели электровозов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Наро-Фоминский политехнический техникум

Курсовая работа

Тяговые электродвигатели электровозов

Наро-Фоминск 2015

Введение

В настоящее время совершенствование электроподвижного состава является одним из главных направлений в развитии железнодорожного транспорта и остается таковым в ближайшей перспективе. Развитие средств электроники и микропроцессорной техники способствует появлению принципиально новых по своим техническим возможностям локомотивов с высоким уровнем автоматизации процессов управления. Однако каковы бы ни были масштабы внедрения новых средств автоматизированного контроля и управления техническими системами электрических локомотивов, их реализуемые эксплуатационные качества всегда будут определяться техническими возможностями их движителей - тяговых электродвигателей (ТЭД).

В этих условиях исключительно важная роль отводится процессу проектирования тяговых электродвигателей. В ходе разработки новой конструкции приходиться неоднократно уточнять и тщательно увязывать между собой множество размеров и параметров машины для одновременного учета и выполнения многочисленных конструкторских, технологических, экономических требований и ограничений.

В данном курсовом проекте основное внимание уделено вопросам разработки конструкции основных частей машины и их взаимосвязи в единой системе тягового двигателя. Необходимо отметить, что в своей основе методика проектирования тягового электрического двигателя, опирается на традиционную методику проектирования тяговых машин, разработанную и используемую в настоящее время коллективами проектировщиков отечественного электровозостроения.

двигатель тяговый электровоз

1. Понятие об импульсном регулировании напряжения

Включение реостата при пуске приводит к потерям электрической энергии, особенно заметным на электропоездах в пригородном движении при большом числе остановок, где они составляют 12... 15 % общих затрат на тягу поездов.

Эти потери можно уменьшить, если использовать систему безреостатного пуска -- Импульсное регулирование подведенного к электродвигателям напряжения, среднее значение которого можно плавно изменять. При этом способе на тяговые машины подают полное напряжение контактной сети кратковременными импульсами. (Схема электроподвижного состава с импульсным регулированием рассматривается при изучении устройства электровозов и электропоездов. Поэтому здесь отметим лишь некоторые особенности). В цепь тягового электродвигателя М (рис. 3.19) включают индуктивность L, в которой должна запасаться энергия, и

Тиристорный ключ ТК -- специальное устройство на тиристорах, с помощью которого подаются и снимаются кратковременные импульсы напряжения контактной сети. Параллельно тяговому электродвигателю и индуктивности L включен полупроводниковый вентиль Д0. На входе установлен фильтр, состоящий из индуктивности Z-ф и емкости Сф.

Если открыть ключ ТК, то по цепи через индуктивность L и обмотки тягового электродвигателя пойдет нарастающий ток /д. Если бы при трогании поезда напряжение прикладывалось в течение длительного времени, то ток /д достиг бы очень большого значения из-за большого приложенного напряжения и малого сопротивления цепи. Но через короткий промежуток времени напряжение ключом ТК снимается, и ток из контактной сети прерывается.

Однако через тяговый электродвигатель ток продолжает протекать за счет электромагнитной энергии, накопленной в индуктивности L, Замыкаясь через полупроводниковый вентиль Д0. Этот ток снижается, и если бы снова не было подано напряжение, он бы упал до нуля. Но через короткий промежуток времени ключ ТК снова открывается, и ток /д под действием напряжения сети начинает возрастать.

Однако через тяговый электродвигатель ток продолжает протекать за счет электромагнитной энергии, накопленной в индуктивности L, Замыкаясь через полупроводниковый вентиль Д0. Этот ток снижается, и если бы снова не было подано напряжение, он бы упал до нуля. Но через короткий промежуток времени ключ ТК снова открывается, и ток /д под действием напряжения сети начинает возрастать.

2. Электровозы с зависимым возбуждением ТЭД

Электрический двигатель, предназначенный для приведения в движение транспортных средств[1] (электровозов, электропоездов, тепловозов, трамваев, троллейбусов, электромобилей, электроходов, большегрузных автомобилей с электроприводом, танков и машин на гусеничном ходу с электропередачей, подъемно-транспортных машин, самоходных кранов и т. п.). Вращающиеся тяговые электродвигатели регулируются ГОСТ 2582-81[2] (кроме аккумуляторных погрузочно-разгрузочных машин, электротягачей, электротележек и теплоэлектрических автотранспортных систем).

Основное отличие ТЭД от обычных электродвигателей большой мощности заключается в условиях монтажа двигателей и ограниченном месте для их размещения. Это привело к специфичности их конструкций (ограниченные диаметры и длина, многогранные станины, специальные устройства для крепления и т. п.).

Тяговые двигатели городского и железнодорожного транспорта, а также двигатели мотор-колес автомобилей эксплуатируются в сложных погодных условиях, во влажном и пыльном воздухе[2]. Также в отличие от электродвигателей общего назначения ТЭД работают в самых разнообразных режимах (кратковременных, повторно-кратковременных с частыми пусками), сопровождающихся широким изменением частоты вращения ротора и нагрузки по току (при трогании с места может в 2 раза превышать номинальный).

При эксплуатации тяговых двигателей имеют место частые механические, тепловые и электрические перегрузки, тряска и толчки. Поэтому при разработке их конструкции предусматривают повышенную электрическую и механическую прочность деталей и узлов, теплостойкую и влагостойкую изоляцию токоведущих частей и обмоток, устойчивую коммутацию двигателей. Кроме того ТЭД шахтных электровозов должны удовлетворять требованиям, относящимся к взрывозащищенному электрооборудованию.

При эксплуатации тяговых двигателей имеют место частые механические, тепловые и электрические перегрузки, тряска и толчки. Поэтому при разработке их конструкции предусматривают повышенную электрическую и механическую прочность деталей и узлов, теплостойкую и влагостойкую изоляцию токоведущих частей и обмоток, устойчивую коммутацию двигателей. Кроме того ТЭД шахтных электровозов должны удовлетворять требованиям, относящимся к взрывозащищенному электрооборудованию.

Тяговые двигатели должны иметь характеристики, обеспечивающие высокие тяговые и энергетические свойства (особенно КПД) подвижного состава.

Развитие полупроводниковой техники открыло возможности перехода от двигателей с электромеханической коммутацией к бесколлекторным машинам с коммутацией при помощи полупроводниковых преобразователей.

Из-за тяжелых условий работы и жестких габаритных ограничений тяговые двигатели относят к машинам предельного использования.

3. Электровозы с бесколлекторным ТЭД

Практически вся история электрических железных дорог и дизельных локомотивов с электрической передачей связана с использованием коллекторных тяговых электродвигателей: ведь они имеют благоприятные для железнодорожного подвижного состава тяговые свойства -- так называемую «мягкую» характеристику.

Развитие электрической тяги сопровождалось ростом общей мощности локомотивов и повышением единичной мощности двигателей. Последнее обстоятельство особенно существенно для скоростного и высокоскоростного движения. Причем по габаритной мощности в сравнении с коллекторными двигателями преимущество имеют бесколлекторные: синхронные, вентильные, асинхронные.

Замена тяговых двигателей постоянного тока трехфазными асинхронными машинами с плавным регулированием частоты и напряжения посредством электронных преобразователей явилась качественно новым направлением в электрической тяге. Оно позволило:

поднять мощность на одну движущую колесную пару до 1200 кВт и более при сохранении допустимой нагрузки от колесной пары на рельсы;

увеличить коэффициент тяги на 15-20% путем электрического спаривания движущих осей;

сократить отказы работы локомотивов из-за выхода из строя тяговых двигателей не менее чем в два раза;

снизить на 10-15% эксплуатационные расходы на содержание электрооборудования электроподвижного состава;

уменьшить динамическое воздействие на экипаж и железнодорожный путь вследствие снижения массы двигателя на 30-40%;

снизить долю сложных и малопривлекательных работ по ремонту тяговых двигателей, высвободить часть рабочей силы и поднять общий уровень культуры технического обслуживания подвижного состава;

перейти к созданию скоростного и высокоскоростного электроподвижного состава нового поколения. Сегодня основными типами преобразователей для электроподвижного состава являются:

однофазные выпрямители (неуправляемые -- диодные и управляемые -- тиристорные); однофазные инверторы, ведомые сетью и, как правило, совмещающие функции управляемого выпрямителя (в режиме тяги) и зависимого инвертора (в режиме рекуперативного торможения);

импульсные преобразователи постоянного тока;

автономные инверторы напряжения и тока для питания бесколлекторных двигателей; трехфазные выпрямители для тепловозных электрических передач. В зависимости от применяемой приборной базы (диодов, тиристоров, силовых транзисторов), электрические схемы, тягово-энергетические и массово габаритные показатели преобразователей существенно различаются.

Необходимой частью таких преобразователей являются системы управления, основу которых составляют специализированные программные вычислительные устройства.

Эти устройства вырабатывают и подают управляющие сигналы на силовые полупроводниковые приборы -- тиристоры или транзисторы.

Чтобы изготовить конкурентоспособный бесколлекторный тяговый привод, необходимо обладать отработанной до мелочей совокупностью математических моделей и методик расчета, проектирования, а главное -- инженерно-технологических способов их реализации.

Разработка асинхронного тягового привода состоит из следующих этапов.

1. Выбор основных подходов, которые будут использованы при разработке математических моделей, алгоритмов управления и способов их реализации.

2. Создание надежной системы, включающей силовой преобразователь, систему управления и асинхронный тяговый двигатель, которая должна обеспечивать регулирование переменных алгоритма управления.

3. Практическая отработка необходимых специфических свойств и характеристик асинхронного тягового привода, а именно: электромагнитной совместимости, режимов боксования и юза, обеспечения качественного токосъема. Оптимизация характеристик асинхронного тягового привода.

Заключение

При выполнении курсовой работы я узнал я изучил назначение, основных направлениях перспективного развития ЭПС, узнал о понятие регулировании напряжения. А также я узнал о электровозах с зависимом ТЭД и электровозе с бесколлекторным ТЭД.

Список литературы

1. В.К. Калинин, Н. М. Михайлов, В. Н. Хлебников Электроподвижной состав железных дорог 1972 г.

2. И. В. Витиевский, С. Н. Чернявский Устройство и ремонт электровозов постоянного тока 1959 г.

3. Е. Г. Назаров Руководство по эксплуатации электровоза ВЛ10 и ВЛ10У 1981 г.

4. Б. К. Просаирин Электропоезда постоянного тока 2001 г.

5. В. И. Крылов Автоматические тормоза подвижного состава железных дорог 1964 г.

6. ОАО РЖД РФ Правила технической эксплуатации железных дорог РФ.

7. Технический журнал Электрическая и тепловозная тяга - №6 4-9 1964 г.

8. И. В. Харланович, В. А. Валетов, В. Г. Давыдов Техническое эксплуатация железных дорог и безопасность движения 1993г.

Размещено на Allbest.ru