Электроподвижной состав постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчет и построение тяговых характеристик

2. Расчет и построение ограничений тягового режима

3. Расчет и построение ступеней пускового реостата

4. Расчет маневровых ступеней пусковых реостатов электроподвижного состава

5. Расчеты электротяговых характеристик в режимах ослабления возбуждения

6. Компоновка пусковых реостатов

7. Разработка силовой цепи

8. Разработка узла цепи регулирования быстродействующих выключателей

9. Выбор электрооборудования и тяговых аппаратов

Заключение

Список использованных источников



Введение

Цель работы. Целью данной курсовой работы является набор, расчет и разработка силовой цепи электроподвижного состава постоянного тока с контакторно-реостатным регулированием в режиме тяги.

В курсовой работе необходимо в соответствии с заданием рассчитать электротяговые и тяговые характеристики выбранного в качестве прототипа электроподвижного состава, обосновать величины пускового тока, произвести расчет ступеней пусковых реостатов и реостатов регулирования возбуждения тяговых двигателей. На основании полученных в результате расчета данных выбирается тип аппаратов и составляется принципиальная схема силовой цепи разрабатываемого э.п.с.



1. Расчет и построение тяговых характеристик

На основании указанного в задании типа двигателя ДК106Б в качестве прототипа был выбран электропоезд серии ЭР-2.

Расчет электротяговых характеристик для заданных диаметра бандажа D колесных пар и передаточного числа м зубчатой передачи производят на основании характеристик существующих серий э.п.с. (в нашем случае это серия электропоезда ЭР-2). В начале проектирования расчет характеристик выполняют для полного возбуждения при параллельном соединении тяговых двигателей.

Скорость движения при заданных D и м подсчитывают по формуле:

,

,

где D₀ =1050 мм - диаметр бандажа электропоезда-прототипа;

D=1020 мм - диаметр бандажа заданного электропоезда;

=4 - количество тяговых электродвигателей

м₀ = 3,17 - передаточное отношение зубчатой передачи электропоезда-прототипа;

м=3,3 - передаточное отношение зубчатой передачи заданного электропоезда.

Пересчет электротяговых характеристик выполняется для всех величин тока двигателя I_д. Результаты расчетов приведены в таблице 1.1.

Скоростные характеристики при последовательном v_с = f(I_д) соединении тяговых электродвигателей рассчитывают для каждого значения тока по формуле:

,

_,

где v_п - значение скорости на параллельном соединении тяговых электродвигателей;

U_п- номинальное напряжение на тяговом электродвигателе на параллельном соединении, U_п = 1500 В.

Напряжение U_с определяют по формуле:

В,

В

где п_с = 4 - количество последовательно соединенных тяговых электродвигателей при последовательном соединении;

п_п = 2 - количество последовательно соединенных тяговых электродвигателей при параллельном соединении;

Таблица 1.1 ? Результаты расчета электротяговых характеристик

, А	, км/ч	, кГс	, км/ч	, км/ч	, кГс	, кГс
25	131	66	122,5	61,2	70	280
30	121	90	112,8	56.4	96	384
35	111	125	103,5	51,7	133	532
40	101	165	94,2	47,1	176	704
60	78	355	72,7	36,3	379	1516
70	71,5	465	66,7	33,3	497	1916
80	66,5	580	62,0	31	620	2480
90	63,5	690	59,2	29,6	738	2950
105	59,1	870	55,1	27,5	930	3720
120	55,8	1050	52,0	26	1123	4492
146	51,5	1375	48,0	24	1471	5882
160	49,5	1555	46,1	23	1663	6652
180	47,5	1815	44,3	22,1	1942	7768
200	45,7	2080	42,6	21,3	2225	8900
220	44	2360	41,0	20,5	2525	10100
240	42,7	2630	39,8	19,9	2814	11256
260	41,5	2880	38,7	19,3	3081	12324
280	40,3	3145	37,5	18,7	3365	13460
300	39,3	3420	36,6	18,3	3659	14636

U_кс = 3000 В - номинальное напряжение в контактной сети.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.1.

Характеристики силы тяги F_кд = f(I_д) при всех соединениях тяговых двигателей не изменяются. По данным табл. 1.1 строятся электротяговые характеристики тягового электродвигателя v_п = f(I_д) и F_кд = f(I_д) для режима полного возбуждения тяговых электродвигателей. Зависимость v_с = f(I_д) строят в одних осях координат вместе с характеристикой v_п = f(I_д).



2. Расчет и построение ограничений тягового режима

Электротяговые характеристики электропоездов, в отличии от электровозов, ограничены только током прикладываемым к тяговым двигателем.

При разгоне э.п.с. тяговые двигатели допускают увеличение тока до значения , определяемого коэффициентом эксплуатационной перегрузки

,

где ток тягового двигателя в часовом режиме - ток нагрузки двигателя, не приводящего к перегреву обмоток в течение часа, при условии исправно работающей вентиляции двигателя;

- коэффициент эксплуатационной перегрузки заданного электропоезда - отношение максимального тока к часовому.

Полученное значение данного тока отмечается на графике (приложение А).

3. Расчет и построение ступеней пускового реостата

Для поддержания постоянства пускового тока необходимо с ростом скорости непрерывно уменьшать величину R_п. Осуществить плавное изменение сопротивления трудно и поэтому практически применяют ступенчатое изменение пускового сопротивления путем переключений его отдельных секций.

Ступени пускового реостата рассчитывают исходя из наибольшего допустимого тока тяговых двигателей. Ток, при котором выключается очередная секция пускового реостата, определяют исходя из так называемого коэффициента неравномерности пускового тока, который в свою очередь зависит от заданного ускорения. Таким образом, пусковой ток не постоянен, а колеблется в пределах от максимального I_max до минимального I_min значения. Коэффициентом неравномерности пуска по току () - коэффициент характеризующий диапазон разброса значений токов при ступенчатом регулировании пуска двигателя.

При этом ток I_min определяется по формуле:

,

где =0,08 - коэффициент неравномерности пуску по току

При постоянном значении токов I_max и I_min изменение сопротивлений Rп пускового реостата линейно зависит от скорости разгона э. п. с.

Сопротивление для разных группировок тяговых двигателей рассчитывается по следующим формулам:

;

;

; ;

где - сопротивление обмоток двигателя, Ом.

=



По полученным данным строят пусковую диаграмму. Ординаты A, C, P, T определяют по характеристикам v_п=f(I_д) и v_с=f(I_д) при токах I_max и I_min. Ступени пускового реостата для первой группировки тяговых двигателей определяют построением линии C-22-21-20-19-18-17-16 на вертикальных и горизонтальных отрезков, заключенной между ограничивающими линиями АВ и CD. НА последовательном соединении тяговых двигателей обе группы пусковых реостатов соединяют последовательно. Количество последователно соединенных двигателей при этом увеличиться в два раза. Поэтому сопротивление, приходящееся на два тяговых двигателя будет равным отрезку LO. При включении контактора 1 закорачивают часть пускового реостата, что в расчете на два тяговых двигателя составляет величину (16-17)/2. Аналогично строят и другие ступени. (Приложение Б)

В результате построения пусковой диаграммы мы получили 22 разгонных ступеней пускового реостата. На последовательном соединении 15, на параллельном 7.

4. Расчет маневровых ступеней пусковых реостатов электроподвижного состава

Маневровые ступени предшествуют разгонным и служат для ограничения начального ускорения в процессе трогания с места и для движения при маневровой работе.

Первую маневровую ступень подбирают из условия, чтобы начальное ускорение при маневрах не превышало 0,3-0,4 м/с^2. Значение силы тока для первой ступени определяют из тяговой характеристики, путем нахождения значения силы тяги F_M1. Её находят по формуле:



,

= 1659,3 кгс

где g = 9,81? ускорение свободного падения;

? основное удельное сопротивление движению э.п.с. при скорости ; 1+ = 1,08 - коэффициент инерции вращающихся масс;

=19 тс - вес, приходящийся на одну к.п.;

=1 м/с² - ускорение локомотива.

По характеристике F_кд (I_д) определяют ток на первой маневровой позиции I_М1, соответствующей силе тяги F_M1. Число остальных маневровых позиций е, определяют при V=0, исходя из равномерного деления интервала между I_М1 и I_min на допустимые изменения тока I_М1 =162 А :

Полученную величину округляют до целого числа в большую сторону.

,

А

Величина сопротивления пускового реостата на маневровых ступенях равно:



Im2=162+30,5(2-1)=192,5 А

При этом учитывается, что данная величина, рассчитанная таким образом, относится к одному двигателю.

Полученные результаты наносятся на график (приложение 2)

5. Расчеты электротяговых характеристик в режимах ослабления возбуждения

Для расчета электротяговых характеристик в режимах ослабления возбуждения необходимо рассчитать коэффициенты ослабления возбуждения для всех ступеней регулирования на основании заданного коэффициента ослабления возбуждения на первой ступени в₁. Расчет выполняется по формуле:

.

,

где На любой K-той ступени

.

Число ступеней K необходимо выбирать так, чтобы было приблизительно равным , но не меньше его. В нашем случае получается 2 ступени ослабления поля.

Расчет и построение электротяговых характеристик для ступеней ослабления возбуждения v_ов = f(I_д) и F_{кд ов} = f(I_д) выполняют на основании соотношений: v_ов = v_пв при и при . В приведенных соотношениях индекс «пв» соответствует режиму полного возбуждения, а индекс «ов» -- к ослабленному при регулировании. Результаты расчетов приведены в таблице 5.1.

Для расчета величины сопротивлений резисторов регулирования возбуждения необходимо составить расчетную схему, где следует показать токи якоря, возбуждения и шунтирующей цепи.

Таблица 5.1 ? Результаты расчета электротяговых характеристик для режимов ослабления возбуждения

км/ч	в=1
	, А	, кГс	, А	, кГс	, А	, кГс
122,5	25	70	30	86	38	108
112,8	30	96	37	119	46	148
103,5	35	133	43	164	54	205
94,2	40	176	49	217	62	271
72,7	60	379	74	468	97	583
66,7	70	497	86	614	108	765
62,0	80	620	100	765	123	954
59,2	90	738	111	911	138	1135
55,1	105	930	130	1148	162	1431
52,0	120	1123	148	1386	185	1728
48,0	146	1471	180	1816	225	2263
46,1	160	1663	198	2053	246	2558
44,3	180	1942	222	2398	277	-
42,6	200	2225	247	2747	-	-
41,0	220	2525	272	3117	-	-
39,8	240	2814	298	-	-	-
38,7	260	3081	-	-	-	-
37,5	280	3365	-	-	-	-
36,6	300	3659	-	-	-	-



Расчет производят на основании соотношений:

А

Сопротивление резистора на K-той ступени регулирования возбуждения рассчитывают по формуле:

= 1,58 Ом

где 2=0,18 Ом - сопротивление двух обмоток возбуждения, если в рассчетной схеме принято шунтирование двух обмоток возбуждение одним резисторов

=0,03 Ом - сопротивление индуктивного шунта и кабелей шунтирующей цепи одной группы обмоток возбуждения.

Сопротивление резистора на 2ой ступени регулирования возбуждения:

= 0,65 Ом

Кроме этого, необходимо определить мощность потерь энергии в этих резисторах при среднем пусковом токе двигателя. Результаты расчетов приведены в таблице 3.2

1142 Вт

Зависимости v_ов = f(I_д) и F_{кд ов} = f(I_д) строят в одних осях координат вместе с характеристиками v_п = f(I_д) и F_{кд пв} = f(I_д). (Приложение 1)

Таблица 5.2 ? Расчет потерь в резисторах ослабления возбуждения

K	, Ом	, Вт
1	1,58	1142
2	0,65	8478

6. Компоновка пусковых реостатов

Целью компоновки пусковых реостатов является разработка принципиальной электрической схемы соединения секций реостатов и контакторов, удовлетворяющей следующим требованиям:

1. Реализация расчетных значений сопротивления пускового реостата для всех ступеней регулирования с учетом соединения двигателей;

2. Применение наименьшего числа контакторов и более простое управление ими;

3. Возможно более полное использование по нагреву всех секций пускового реостата.

Для выполнения всех перечисленных требований на отечественных электропоездах реостаты соединяют в группы, каждую их которых подсоединяют к паре тяговых двигателей. При этом группы пусковых реостатов переключают одновременно с изменением группировки тяговых двигателей, что значительно упрощает схему.

Компоновку пусковых реостатов производим с помощью пусковой диаграммы. Поскольку на прототипе - электропоезде количество позиций 18, а на проектируемом - 22, для сбора необходимого числа позиций необходимо увеличить количество секций реостата. Так же необходимо добавить линейные контактора для вывода этих секций.

Таблица замыканий индивидуальных и групповых контакторов (развертка) приведена в приложении В.

7. Разработка силовой цепи и узла цепи управления э.п.с

После компоновки пусковых реостатов и изучения схемы э.п.с-прототипа приступают к составлению принципиальной силовой цепи разработанного э.п.с. для тягового режима. Схема должна быть составлена для исходной (нулевой) позиции контроллера машиниста с обозначением всех тяговых и защитных аппаратов, а также приборов. Все условные обозначения в схемах должны соответствовать требованиям ЕСКД и существующим стандартам. После разработки схема силовых цепей должна быть выполнена на листе чертежной бумаги. Здесь же (или на отдельном листе в пояснительной записке) должна быть приведена таблица замыкания контакторов по позициям контроллера машиниста.

Поясняем действие силовой цепи при переводе рукоятки контроллера машиниста в 1-ю позицию.

Перед пуском осуществляется запуск вспомогательных машин и перевод реверсивной рукоятки в положение, соответствующее направлению движения т.е. «Вперед» или «Назад». В данном пункте мы будем рассматривать ход тока через тяговое оборудование, не учитывая при этом тока на вспомогательном оборудовании, таком как обогреватели и т.п. Электрический ток из контактной сети проходит через один из поднятых токоприемников Т. Далее через индуктивный фильтр ФД и резистор он подходит к дифференциальному реле ДР. После ток проходит через быстродействующий выключатель БВ и контактор ЛК1. После, миновав реле перегрузки РП1, ток подходит к электродвигателям М1 и М2, а после и к их обмоткам М1 и М2. Далее, через замкнутые контакторы В3 и 9 ток проходит через первый блок сопротивлений R1-R6. После этого, через мостовой контактор М тока проходит через второй блок сопротивлений R7-R12. Потом он проходит электродвигатели М3 и М4 и соответствующие обмотки М3 и М4 и попадает на реле ускорения, а после и на дифференциальное реле. После прохода вольтметра Сч ток заземляется.(Приложение Г)

8. Цепи управления быстродействующим выключателем

Кроме этого на листе чертежной бумаги должен быть выполнен по указанию преподавателя чертеж одного из узлов схемы цепи управления. Это могут быть цепи управления пантографами, вспомогательными машинами, быстродействующим выключателем, групповым переключателем и т.д.

В пояснительной записке следует описать принцип работы цепи управления заданным аппаратом. Выключение БВ может происходить при служебном выключении по воле машиниста, при срабатывании дифференциального реле, при перегрузке или коротком замыкании в силовой цепи. В первом случае отключение осуществляют обесточиванием удерживающей катушки (рис. 80). При этом отключающие пружины 8 с силой оттягивают рычаги подвижных контактов и якорь от размагниченного магнитолровода. Подвижные части отходят вниз до упора в валик штока пневматического цилиндра. При срабатывании дифференциального реле размыкается блок-контакт удерживающей катушки и ВВ отключается, При перегрузке или к.з. в цепи тяговых двигателей выключение ВВ происходит под воздействием тока размагничивающего витка, создающего в якоре магнитный поток, направленный против потока удерживающей катушки. Когда сила притяжения якоря станет меньше усилия отключающих пружин, якорь отрывается и главные контакты размыкаются. Это происходит при достижении силовым током уставки. Во всех случаях выключения БВ под нагрузкой между его расходящимися контактами возникает электрическая дуга. При этом в зоне контактов создается сильное магнитное поле, пересекающее дугу. Происходит взаимодействие тока дуги с магнитным потоком дугогасительных катушек, в результате чего дуга стремительно выбрасывается на рога, расположенные над подвижным и неподвижным контактами, а средняя часть дуги попадает в лабиринтные щели дугогасительной камеры. Там происходит быстрое и значительное увеличение ее длины. При достижении ею критического значения дуга рвется. Раскаленные газы, образующиеся в это время в дугогасительной камере, выбрасываются наружу, но размещенная на краях камеры деионная решетка охлаждает эти газы, вызывая их деионизацию и предотвращая выброс пламени за пределы дугогасительной камеры.

9. Выбор электрооборудования и тяговых аппаратов

Оборудование и тяговые аппараты выбираются из стандартного ряда используемых электрических аппаратов. Выбираемые аппараты должны быть устойчивы к работе в условиях постоянной вибрации, резких изменениях скоростей и ускорений, большому перепаду температур и запыленности. Так же при выборе аппаратов необходимо учитывать номинальные токи и напряжения силовых цепей.

Перечень электрооборудования и тяговых аппаратов приведен в таблице 9.1:

Таблица 9.1 - Силовое и электротяговое оборудование электропоезда.

Обозначение по схеме	Наименование	Количество
I-IV	Электродвигатель тяговый	4
1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20	Контактор электропневматический	20
ЛК1-2	Контактор линейный	1
РК1-12	Контролер силовой пневматический	1
В1-В8	Переключатель реверсивного типа	2
ШС	Межвагонное вагонное соединение высоковольтных цепей	1
36-1, 36-2	Разъединитель высоковольтный	2
Р1-Р10; Р27-Р34	Сопротивление пусковое	16
ИШ-1; ИШ-2	Шунт индуктивный	2
ША	Шунт амперметра	1
43	Амперметр	1
БВ	Выключатель быстродействующий	1
52-1	Реле дифференциальное	1
ФК	Фильтр Конденсаторный	1



Заключение

В разработанном э.п.с. существует ряд отличий от прототипа. Они влияют на электротяговые и тяговые характеристики, плавность пуска, плавность торможения, ускорение э.п.с. и максимально допустимые значения скорости и тока.

По сравнению с прототипом ЭР-2, разработанный мною на его базе электропоезд имеет то же число двигателей и ступеней ослабления возбуждения, однако число пусковых ступеней регулирования получилось на единицу больше, чем в прототипе, в следствии этого увеличится плавность пуска. Маневровых ступеней получилось на 7 единиц больше, чем в прототипе, в следствии этого увеличится плавность пуска. Маневровых ступеней получилось также, как и в прототипе.



Список использованных источников

1 Правила тяговых расчетов для поездной работы. -- М.: Транспорт, 1985.287 с.

2 Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Электроподвижной состав постоянного тока» В. И. Озеров; М. И. Озеров; А. И. Чумоватов;

3 Цукало П.В., Ерошкин Н.Г. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р. -М.: Транспорт, 1986.-359 с.

Размещено на Allbest.ru

...