Расчет основных технико-эксплуатационных характеристик электровозов постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

«Подвижной состав железных дорог»

Расчет основных технико-эксплуатационных характеристик электровозов постоянного тока

Введение

Электровомз - неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями, питаемыми электроэнергией из внешней электросети через контактную сеть, соединенные с тяговыми подстанциями .

При классификации электровозов можно выделить следующие признаки:

По роду службы -- пассажирские (например, ЧС2, ЧС4, ЧС7, ЧС8), грузовые (например, ВЛ10, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85), маневровые (ВЛ41, ВЛ26) и промышленные (например, ЕЛ21, ЭК14). Из последней группы часто выделяют шахтные электровозы, то есть предназначенные для перевозки различных грузов по подземным рельсовым путям.

По роду тока питания. В России на магистральных железных дорогах используются 2 типа: переменного тока -- 25 кВ, 50 Гц (например, ВЛ80, ЧС4, ВЛ85, ЧС8, ВЛ41) и постоянного тока -- 3 кВ (например, ВЛ10, ЧС2, ЧС7, ВЛ15, ВЛ26)[3]. Кроме того, для эксплуатации на участках как постоянного, так и переменного тока выпускаются двухсистемные электровозы (например, ВЛ82, ЭП10, ЭП20), для эксплуатации в карьерах и рудниках выпускаются электровозы постоянного тока с напряжением питания 1500 В, 550 В, 250 В, переменного тока 10 кВ, а также с питанием от аккумуляторов. В других странах мира, в зависимости от принятых стандартов в системе питания электрифицированных железных дорог, применяются электровозы с другими системами питания, например, переменного тока напряжением 15 кВ, 16 2/3 Гц.

По типу тягового привода. В России применяется следующая классификация электровозов:

Тяговый привод 1-го класса: опорно-осевое подвешивание тягового электродвигателя. Двигатель через моторно-осевые подшипники опирается на ось колёсной пары, за счёт жёсткой связи очень прост редуктор. На оси двигателя и колёсной пары насажены зубчатые колёса, централь между которыми поддерживается моторно-осевыми подшипниками.

Для данной конструктивной схемы характерны большие разрушающие нагрузки на двигатель, и в настоящее время считается устаревшей. Однако в России до сих пор такая конструктивная схема применяется на грузовых электровозах (главным образом выпущенных в советские время).

Тяговый привод 2-го класса: опорно-рамный двигатель и опорно-осевой редуктор.

Типичен для пассажирских электровозов. Двигатель в данной конструктивной схеме обрессорен и соединён с редуктором посредством муфты. Это обеспечивает плавность хода и долговечность двигателя.

Тяговый привод 3-го класса: опорно-рамные двигатель и редуктор. Редуктор связан с колёсной парой муфтой. Из серийных электровозов, построенных в СССР и России, такое подвешивание имеют только пассажирские локомотивы Коломенского завода -- электровозы ЭП2К и ЭП200.

По типу передачи вращающего момента с тяговых двигателей на колёсные пары различают электровозы с групповым (например, ВЛ40, ВЛ83) и индивидуальным приводом.

Также важнейшим признаком является тип тяговых электродвигателей:

Коллекторные электродвигатели. Сложны в изготовлении и обслуживании, так как имеют коллектор (фактически такой двигатель -- постоянно работающий переключатель со скользящими контактами), но просты в управлении.

Асинхронные двигатели. Двигатель конструктивно очень прост, легко переносит механические перегрузки, но требует для своего питания трёхфазного переменного тока. Это, в свою очередь, требует либо подвода к электровозу трёхфазного тока, как сделано на некоторых железных дорогах Италии, либо выработки его на локомотиве с помощью машинных преобразователей (устаревшее и нетехнологичное решение, практически нивелирующее преимущества асинхронных двигателей перед коллекторными) или статических преобразователей. Последнее решение как наиболее технологичное применяется на многих современных локомотивах.

По наличию и типу электрического торможения -- с рекуперативным, реостатным торможением, их сочетанием или вовсе отсутствием электрического тормоза.

По числу секций -- одно-, двух-, трёх- и четырёхсекционные. Некоторые серии электровозов предусматривают возможность объединения двух, трёх или четырёх секций электровозов для работы по СМЕ.

Таким образом, из всего многообразия электровозов мне был представлен электровоз постоянного тока ВЛ65. В моей работе мне предстоит рассчитать основные технико-экономические параметры электровоза, ознакомиться с его конструкцией.

электровоз тяговый двигатель силовой

1. Методика выполнения работы

1.1 Определение мощности тяговых двигателей

Мощность тяговых двигателей постоянного тока определим по расчетному подъему и конструкционной скорости электровоза. Сначала определим расчетную скорость электровоза V_p на расчетном подъеме i_р используя соотношение V_p=0,45V_к, где V_к - конструкционная скорость электровоза.

(1.1)

Затем определяем расчетную силу тяги F_эр, которую должен развивать электровоз, преодолевая, кроме крутизны подъема i_р, основное сопротивление W₀:

(1.2)

где W₀ - основное удельное сопротивление движению поезда, Н/кН, g - ускорение свободного падения g = 9.81m/c².

(1.3)

где W₀^` - основное удельное сопротивление движению электровоза, Н/кН, W₀^``- основное удельное сопротивление движении вагона, Н/кН.

По найденному значению силы тяги определим мощность Р_эр, кВт, электровозов постоянного тока, однофазно-постоянного тока со ступенчатым регулированием и плавным (теристорным) регулированием напряжения на ТЭД

(1.4)

Часовую мощность единичную для тягового электродвигателя рассчитаем по формуле:

(1.5)

где m - число двигателей электровоза, m=8, ? - коэффициент эксплуатационной перегрузки ТЭД.

=1613,8 [кН]

Мощность единичного ТЭД электровоза не должна превышать 1000 кВт. Учитывая это, разделим часовую мощность единичного двигателя на 2, тем самым получив двухсекционный электровоз с номинальной мощностью 747 кВт.

1.2 Упрощенные силовые электрические схемы электровозов постоянного и переменного тока

На всех отечественных электровозах постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15) тяговые двигатели групповыми переключателями соединяют сначала последовательно (С), затем последовательно - параллельно (СП) и параллельно (П). Такие присоединения позволяют изменять напряжение, прикладываемое к каждому ТЭД 6-осного электровоза, из которых видно, что при выведенных пусковых резисторах R_п напряжение на ТЭД возрастает от 500 до 1500 В. Пусковые резисторы предназначены для постоянного увеличения напряжения, от (40-60)В на 1-й позиции, до 500 В сериесного (С) соединения ТЭД, затем до 750 В на «СП» и до 1500 В на «П».

Рисунок 1.1 - Схемы группировок тяговых электродвигателей

Таблица 1.1 - Величина напряжений на тяговых двигателях электровозов постоянного тока

Серия электровоза	ВЛ23	ВЛ11
Соединение тяговых двигателей	с	сп	п	с	сп	п
Число двигателей, соединенных последовательно,	6	3	2	8	4	2
Напряжение на тяговых двигателях при Rп = 0; Uд, В	500	100	1500	375	750	1500



Рисунок 1.2 - Принципиальная силовая электрическая схема соединения и питания двигателей электровоза однофазно-постоянного тока

Подведенное напряжение от контактной сети в системе электрической тяги на постоянном токе регулируется путем изменения числа последовательно соединенных ТЭД. Коэффициент преобразования напряжения сети (U_сн=3000 В) имеет вид К_u=1/

Регулирование напряжения, подведенного к ТЭД в системе электрической тяги на переменном токе (U_сн=25000 В), осуществляется путем изменения коэффициента трансформации тягового трансформатора TV1 . Здесь QF1 - главный выключатель; TV1- тяговый трансформатор; QP1…QP11- контакторы ЭКГ-8 (электровозный контролер главный); LL1 - сглаживающий реактор; VD1 - выпрямительная установка, питающая выпрямленным и сглаженным реактором LL1 постоянным током тележку 6-осного электровоза с двигателями М1, М2 и М3. Обмотка трансформатора х1-а1 нерегулируемая - с напряжением ; обмотка а1-х2 - регулируемая с напряжением 4 U₂^р , причем U₂^н > U₂^р, однако обмотка 01 - x2 изображена большей с целью размещения контактов контакторов QP1…QP11.

Таблица 1.2 - Величины напряжений на вторичной обложке тягового трансформатора на ходовых позициях ЭКГ-8

Ходовая позиция	1	5	9	13	17	21	25	29	33
Напряжение, В (6-осного электровоза)	44	296	548	800	1062	1304	1556	1808	2060
Напряжение, В (8-осного электровоза)	62	208	354	500	646	792	938	1084	1230

Таблица 1.3 - Прядок замыкания контакторов ЭКГ-8

Плавное (тиристорное) регулирование напряжения, подведенное к тяговым двигателям на электровозах, осуществляется выпрямительно-инвер-торными преобразователями (ВИП). В режиме тяги ВИПы работают как выпрямители, в режиме рекуперативного торможения - как инверторы (преобразуют постоянный ток ТЭД, работающих генераторами, в переменный). На этих электровозах применено зонно-фазное регулирование напряжения. При таком регулировании напряжения нагрузка переводится с одной ступени (часть вторичной обмотки тягового трансформатора) на другую, практически плавно, за счет соответствующего изменения углов отпирания тиристоров по зонам (4). Наиболее применимо четырехзонное регулирование, электрическая схема которого состоит из трех секций вторичной обмотки тягового трансформатора и восьми плеч выпрямительного моста, выполненного на тиристорах. Принципиальная силовая электрическая схема питания двух параллельно соединенных ТЭД М1 и М2 преобразователем (ВИП), состоящим из тиристоров VT1-VT8, представлена на рисунке 1.3. Обмотки трансформатора х1-а1 и а1-а2 в сумме по напряжению равны обмотке а2-х2.

Рисунок 1.3 - Силовая принципиальная электрическая схема зонно-фазного регулирования

Таблица 1.4 - Последовательность включения обмоток трансформатора по зонам

Ступени вторичной обмотки	Зоны регулирования
	I	II	III	IV
	х1-а1	х1-а2	(а1-а2)+(а2-х2)	(х1-а2)+(а2-х2)

В результате такого включения получим: первая зона регулирования напряжения от 0 до ? U_xx; вторая - от ? U_xx до ? U_xx ;третья - от ? U_xx до ? U_xx и четвертая - от ? U_xx до U_xx , где U_xx - напряжение холостого хода всех трех обмоток (х1-а1)+(а1-а2)+(а2-х2) = U_xx, подключенных к одному ВИПу. Напряжение U_xx приближенно определяется по выражению |5| U_xx = _дн.

Согласно исходным данным номинальное напряжение на ТЭД U_дн = 1000 В, тогда U_xx ==1280В. Следовательно, благодаря изменению угла отпирания тиристоров напряжение на ТЭД в первой зоне будет возрастать от 0 до 320 В, во второй от 320 до 640 В, в третьей - до 960 В и в четвертой - до 1280 В. При этом в первой зоне работают плечи VT3, VT6, VT5, VT4; во второй - VT1, VT6, VT5, VT2; в третьей - VT3, VT8, VT7, VT4 и в четвертой - VT1, VT8, VT7, VT2.

1.3 Расчет и построение тяговых характеристик электровозов

Тяговой характеристикой называют зависимость силы тяги электровоза F_К от скорости его движения V: F_К(V). Скорость электровоза V, км/ч регулируют различными способами: изменением напряжения на тяговых двигателях U_Д , В ступенчато или плавно, изменением величины пусковых резисторов R_П, Ом и изменением магнитного потока возбуждения Ф, Вб; это видно из выражения для определения скорости движения электровоза

(2.1)

где I - ток двигателя, А; r_Д - активное сопротивление всех обмоток ТЭД, Ом; С_v - постоянная величина для конкретного двигателя.

Чтобы построить характеристику F_К (V), необходимо иметь кривую намагничивания стали тягового электродвигателя С_V Ф(I_В) и электротяговые F_КД(I) и V(I) - характеристики при номинальном напряжении ТЭД. Зависимости С_V Ф(I_В); F_КД(I) и V(I) в относительных единицах представлены в таблице 6.

Таблица 1.5 - Характеристики тягового двигателя постоянного тока в относительных единицах

Ток двигателя I/IH	0,25	0,50	0,75	1,00	1,50
Удельная ЭДС СVФ/ (СVФ)Н	0,50	0,76	0,96	1,00	1,11
Сила тяги FКД/ FКДН	0,13	0,38	0,67	1,00	1,66

Точки для построения характеристик электровоза получим, пересчитывая характеристики из относительных единиц в абсолютные по формулам:

;

;

(2.2)

В выражениях (2.2) неизвестны значения номинального (часового) тока I_H, удельной ЭДС и силы тяги двигателя .

Номинальный ток ТЭД I_H рассчитаем по номинальной мощности

, Вт (2.3)

Отсюда

, А (2.4)

где =1500 В и 1000 В согласно исходным данным

- коэффициент полезного действия ТЭД, = 0,95.

Из выражения (2.1) определим номинальное значение удельной ЭДС тягового электродвигателя

, (2.5)

где V_н - номинальная скорость движения электровоза; принимаем

V_н = V_p:

r_д - активное сопротивление всех обмоток ТЭД, рассчитываемое из условия, что при номинальном режиме падение напряжения на обмотках якоря, главных и дополнительных полюсов, компенсационной обмотке электродвигателя составляет (4…5) % от подведенного к тяговому двигателю напряжения, т.е. I_Я R_д=(0,04 - 0,05) U_дн, откуда r_д = (0,04-0,05)U_дн / I_н, Ом.

Определим значение номинальной силы тяги электродвигателя

, тс (3)

где - коэффициент потери силы тяги в процессе преобразования электрической энергии в механическую: = 0,95. Вычислив значения по приведенным выше формулам, формируем таблицы.

1) Производим расчет данных для электровоза постоянного тока.

2) Производим расчет данных для электровоза однофазно-постоянного тока.

1) r_д = 0,05 * 1500 / 524=0,14 , Ом.

2) r_д = 0,05 * 1000 / 786=0,064 , Ом.

1) В/км/ч

2) В/км/ч

₁₎ =4,82 тс

₂₎ =4,82 тс

Таблица 1.6 - Расчетные точки характеристики двигателя электровоза постоянного тока

Номера расчетных точек	1	2	3	4	5
Ток двигателя I, А	131	262	393	524	786
Удельная эдс СvФ,	13,2	20,064	25,344	26,4	29,304
Сила тяги ТЭД Fкд, тс	0,62	1,83	3,23	4,82	8

I=I_н1*0.25…0.5…0.75…1… I=I_н1*1.5

ЭДС=C_vнФ_н1*0.5…0.76…0.96…1… ЭДС= C_vнФ_н1 *1.11

F_кд = F_кдн*0,13…0,38…0,67…1… F_кд = F_кдн*1,66

Таблица 1.7 - Расчетные точки характеристик двигателя электровоза однофазно-постоянного тока

Номера расчетных точек	1	2	3	4	5
Ток двигателя I, А	196,5	393	589,5	786	1179
Удельная эдс СvФ,	8,79	13,36	16,87	17,58	19,51
Сила тяги ТЭД Fкд, тс	0,62	1,83	3,23	4,82	8

I=I_н2*0.25…0.5…0.75…1… I=I_н2*1.5

ЭДС=C_vнФ_н2*0.5…0.76…0.96…1… ЭДС= C_vнФ_н2 *1.11

F_кд = F_кдн*0,13…0,38…0,67…1… F_кд = F_кдн*1,66

Таблица 1.8 - Расчетные точки тяговых характеристик электровоза постоянного тока

Сила тяги электровоза FК, кН	4,96	14,64	25,84	38,56	64
Скорость движения, V1 км/ч	Напряжение B	36,48	23,09	17,56	16,16	13,3
	Напряжение B	74,36	48,01	37,29	35,1	30,37
	Напряжение B	112,24	72,93	57,01	54,04	47,43

График 1.1 - Зависимость скорости от силы тяги электровоза постоянного тока

По аналогии данного примера проводим расчеты всех скоростей.

Таблица 1.9 - Расчетные точки тяговых характеристик электровоза однофазно-постоянного тока со ступенчатым регулированием напряжения на тяговых двигателях

Сила тяги электровоза FК, кН	4,96	14,64	25,84	38,56	64
V1, км/ч	Uд1= 62В	5,62	2,75	1,44	0,67	0,68
V5	Uд5=208	22,23	13,68	10,09	8,97	6,79
V9	Uд9=354	38,84	24,61	18,75	17,28	14,28
V13	Uд13=500	55,45	35,54	27,4	25,58	21,76
V17	Uд17=646	72,06	46,47	36,06	33,88	29,24
V21	Uд21=792	88,67	57,4	44,71	42,19	39,73
V25	Uд25=938	105,28	68,33	53,37	50,49	44,21
V29	Uд29=1084	121,89	79,26	62,02	58,8	51,69
V33	Uд33=1230	138,5	90,18	70,67	67,1	59,18

График 1.2 - Зависимость скорости от силы тягового двигателя

По аналогии данного примера проводим расчеты всех скоростей.

Таблица 1.10 - Расчетные точки тяговых характеристик электровоза однофазно-постоянного тока с плавным регулированием напряжения на тяговых двигателях

Сила тяги электровоза FК, кН	4,96	14,64	25,84	38,56	64
V1, км/ч	Uд5=320 В	34,97	22,06	16,73	15,34	12,53
V2,км/ч	Uд9=640 В	71,38	46,02	35,7	33,54	28,94
V3,км/ч	Uд13=960 В	107,78	69,97	54,67	51,75	45,34
V4, км/ч	Uд17=1280 В	144,19	93,93	73,64	69,95	61,74

График 1.3 - Зависимость скорости от силы тяги электровоза однофазно-постоянного тока с плавным регулированием напряжения на тяговых двигателях

По аналогии данного примера проводим расчеты всех скоростей.

2. Сравнение показателей работы электровозов с современным аналогом

К концу 70-х годов ХХ столетия был практически исчерпан резерв повышения мощности коллекторных тяговых двигателей магистральных электровозов постоянного и однофазно-постоянного тока |6|. Техническое обслуживание этих двигателей обходится дорого и требует больших затрат ручного, не поддающегося автоматизации труда для обслуживания щеточно-коллекторного узла. Опорно-осевое подвешивание ТЭД не позволяло реализовать значительные скорости. Применение плавного регулирования напряжения на коллекторных ТЭД, усовершенствование систем защиты от боксования, независимое возбуждение двигателей повысило тяговые свойства электровозов, но не дало возможности кардинально удовлетворить потребности эксплуатации.

Появление мощных управляемых полупроводниковых приборов позволило создать статические преобразователи частоты и числа фаз с габаритами и весом, приемлемыми для железнодорожного транспорта, что и определило стратегическое направление работ: создание эпс с бесколлекторными ТЭД. В 60-х годах был разработан вентильный (синхронный) тяговый двигатель и вскоре были построены опытные электровозы ВЛ80А и ВЛ80В с асинхронными и вентильными трехфазными ТЭД. В 1985 г. был создан двенадцатиосный отечественный электровоз ВЛ86Ф также с асинхронными двигателями. В 1997 г. были выпущены два электровоза ЭП200 с вентильными двигателями, в начале 2003 - был выпущен 6-осный электровоз двойного питания ЭП10 с асинхронными двигателями НТА-1200. Эти двигатели приняты за основу для использования их на перспективных электровозах для железных дорог, электрифицированных постоянным и переменном током (электровозы серии ЭП2, ЭП3, ЭП4, ЭП5 и ЭП9). На рисунке 3.1 представлена структурная схема питания ТЭД одной тележки электровоза ЭП10 от сети переменного тока =25 кВ, 50 Гц. На рисунке обозначено: А11…А14 - входные преобразователи (четырехквадратные выпрямители); А21…А23 - инверторы напряжения; С_z1, С_z2 - промежуточный контур постоянного тока; С_sk, LL1,2 - фильтр; М1, М2 - статорные обмотки ТЭД; U, V,W - фазы статорной обмотки; ТV1 - тяговый трансформатор; 2U1-2V1, 2U4-2V4 -вторичные обмотки тягового трансформатора; ХА1 - токоприемник; QF1 - главный выключатель; QS31 - разъединитель; QP11 - переключатель полуобмоток двигателей М1 и М2.

Регулирование режима работы асинхронных двигателей М1 и М2 осуществляется изменением частоты и величины питающего напряжения. Для этого используются статические преобразователи частоты АО71 и фаз А21, А22, А23 (рисунок 3.1). Форма кривой напряжения на обмотках статора М1 и М2 несинусоидальная. Несинусоидальность питающего напряжения, т.е. наличие высших гармонических составляющих, вызывает дополнительные потери в стали магнитопроводов и в меди обмоток статора и ротора, из-за чего снижается КПД на 2…3 % и cos ? - на 5 % |6|.

Асинхронные тяговые двигатели (АТД) на электровозе ЭП10 имеют плавное регулирование напряжения от V = 0 км/ч до максимальной скорости, поэтому правильно выбранная частота питающего напряжения существенно влияет на технико-экономические характеристики двигателя и электровоза. Известно, что частота вращения ротора АТД практически пропорциональна частоте тока статора |6|.

,

где - частота тока статора; Р - число пар полюсов.

В результате теоретических и практических разработок выявлено, что оптимальными характеристиками обладают шестиполюсные АТД (2р=6). В этом случае частота питающего напряжения тягового двигателя в номинальном режиме лежит в пределах 45…65 Гц. Основные технические характеристики двигателя НТА-1200 приведены на рисунке 5, из которого видно, что часовая мощность АТД 1200 кВт, ей соответствует вращающий момент М= 8,853к, частота тока статора f₁= 65,4 Гц, напряжение линейное статора U_л = 2183 В, фазный ток статора I_ф1 = 385 А. Если учесть, что расчетная часовая мощность тягового двигателя F_ч=52,917 кН, то часовая мощность 6-осного электровоза ЭП10 будет F_к=317,5 кН, что будет соответствовать, согласно рисунку 6 , часовой скорости 80 км/ч.

Рисунок 2.1 - Структурная электрическая схема питания тяговых двигателей М1 и М2 одной тележки электровоза ЭП10



Рисунок 2.2 - Рабочие характеристики двигателя НТА-1200 электровоза ЭП10

Рисунок 2.3 - Рабочие характеристики электровоза ЭП-10

Вывод: С увеличением скорости сила тяги плавно уменьшается. У устаревших электровозов это особенно заметно, а у новых (ЭП10) эта характеристика выглядит лучше.

3. Расположение оборудования на электровозе

Электровоз ЭП10 предназначен для вождения пассажирских и почтово-багажных поездов на линиях однофазного переменного тока 25 кВ и участках постоянного тока 3 кВ. Мощность локомотива 6000 кВт, что позволяет водить составы из 25 вагонов, максимальная скорость движения 160 км/ч.

Кузов электровоза представляет собой цельнометаллическую конструкцию полуобтекаемой формы с кабинами по концам, сваренную из прокатных и гнутых профилей и листового материала. Соединение электровоза с вагонами осуществляется автосцепкой. Ходовая часть состоит из трех несочлененных двухосных тележек. Рессорное подвешивание двухступенчатое: первая ступень выполнена в виде спиральных пружин, опирающихся на приливы корпуса буксы и гидродемпферов; вторая - в виде люлечных подвесок с соосно расположенными пружинами на крайних тележках и в виде сжатых упругих стержней на средней тележке. Двухступенчатое рессорное подвешивание характеризует малые динамические воздействия электровоза на путь при прохождении неровностей пути. Продольная связь кузова с тележками выполнена наклонными тягами двухстороннего действия, что обеспечивает автоматическое выравнивание осевых нагрузок внутри тележек. Основным элементом кузова, несущим все виды нагрузок, является рама. Рама кузова включает в себя продольные балки, изготовленные из прокатных профилей (швеллеров), связанных между собой листом. По концам продольные балки скреплены между собой буферными брусьями, в средней части между тележками - двумя фермами, тремя поперечными балками коробчатого сечения над тележками и трансформаторными балками.

Конструкция тележек и кузова обеспечивает возможность монтажа и демонтажа тяговых двигателей вниз вместе с колесной парой и снятие кожухов зубчатых передач без подъема кузова.

Колесная пара состоит из оси, колесных центров коробчатого сечения, на которые насажены бандажи, и двух зубчатых колес. Колеса находятся в зацеплении с шестернями, напрессованными на обоих концах вала тягового двигателя. От воздействия внешней среды зубчатая передача защищена металлическим кожухом, состоящим из двух половин. Нижняя часть кожуха является масляной ванной для смазывания зубчатой передачи.

Расположение оборудования. Компоновка оборудования на электровозе выполнена блочно. Доступ к аппаратуре при ее обслуживании обеспечивается в основном из проходного коридора через двери и задвижные щиты и поперечных проходов в высоковольтной камере. Задвижные щиты и двери снабжены механической пневматической блокировкой, препятствующей подъему токоприемника при открытых дверях и задвижных щитах высоковольтной камеры и открытию их при поднятом токоприемнике.

В высоковольтной камере установлены тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторные преобразователи, блок выпрямительной установки возбуждения, блоки центробежных вентиляторов охлаждения тягового трансформатора, преобразователей, тяговых двигателей и балластных резисторов, блоки силовых аппаратов, блоки компрессоров и другое оборудование.

На крыше кузова установлены токоприемники, главный выключатель, дроссели помехоподавления, ограничитель перенапряжений, главные воздушные резервуары и др.; предусмотрены проемы, закрывающиеся люками, для обеспечения монтажа и демонтажа блоков электрического и пневматического оборудования. Выход на крышу по лестнице, расположенной в высоковольтной камере, через люк.

Электровоз имеет четыре входные двери, расположенные в боковых стенках кузова. Вход в кабину через дверь в поперечной стенке.

В кабинах машиниста размещены органы управления электрическим и пневматическим оборудованием, контрольно-измерительные приборы, аппаратура автоматической локомотивной сигнализации, диспетчерской радиосвязи. Кабины имеют усиленную тепло- и звукоизоляцию, оборудованы калориферами, электрическими печами, кондиционерами. Лобовые окна электровоза выполнены из особо прочных многослойных стекол. На боковой стенке кабины установлены пневматические стеклоочистители.

Система вентиляции состоит из четырех отдельных систем: двух идентичных систем охлаждения выпрямительно-инверторного преобразователя, сглаживающего реактора и двух тяговых двигателей; системы охлаждения тягового трансформатора, блока выпрямительной установки возбуждения и двух тяговых двигателей; системы охлаждения блока балластных резисторов.

Основные технико-экономические параметры электровоза ЭП10:

Тип	Двухсистемный электровоз
Изготовитель	НЭВЗ
Произведено (шт)	12
Годы производства	1998, 2005-2006
Страны эксплуатации	Россия
Род тока	постоянный 3 кВ / однофазный 25 кВ
Род службы	пассажирский
Осевая формула	2-2-2
Масса с 2/3 запаса песка (т)	135
Нагрузка на ось (т)	22.5
Конструкционная скорость (км/ч)	160
Мощность (кВт)	4700
Номинальное напряжение (В)	25000
Длительный режим
Сила тяги (кгс)	30600
Скорость (км/ч)	80
Касательная мощность (л.с.)	9060
Мощность на валах ТЭД (кВт)	7000
Часовой режим
Сила тяги (кгс)	32100
Скорость (км/ч)	80
Касательная мощность (л.с.)	9500
Мощность на валах ТЭД (кВт)	7200
Конструкция
Электрический тормоз	рекуперативный, реостатный
Длина по осям автосцепок (мм)	22532
Ширина кузова (мм)	3100
Ходовая часть
Тип ТЭД	асинхронные
Подвешивание ТЭД	опорно-рамное
Привод движущих колёсных пар	индивидуальный
Тележки	бесчелюстные

К электрическому подвижному составу относятся электровозы и моторные вагоны. В зависимости от рода применяемого тока различают электровозы постоянного, переменного тока идвойного питания; так же различаются и электропоезда.

Электровозы, как и другие локомотивы, выпускают различных серий и модификаций. Различным по конструкции локомотивам и моторвагонному подвижному составу принято присваивать различные обозначения в виде букв или комбинации букв и цифр.

В данной курсовой работе рассматривается электровоз ЭП10.

Токоприемники: на электровозах ЭП10 установлены два асимметричных типа ТАсС-10, схемное обозначение XA1 и XA2), рассчитанных на работу на постоянном и переменном токе. Управление токоприемниками электропневматическое. Для подъема токоприемников XA1 и XA2 управляющее напряжение +110 В должно быть подано на катушки электропневматических клапанов, соответственно Y1 и Y2. Эти управляющие сигналы выдает блок электроники А64 (провода H518 и H519). Формирует сигналы управления токоприемниками активный модуль управления электровозом VCU1 (в блоке А61).

Крышевой заземлитель ЗВ-5 (схемное обозначение QS3) предназначен для заземления цепи токоприемников на корпус электровоза. Он установлен на крыше и имеет ножевую поворотную конструкцию. Управление заземлителем QS3 ручное. В положении ?Заземлено? по проводу Н467 на блок А64 должно поступать напряжение +110 В, а в проводе Н468 напряжение должно отсутствовать. В положении ?Не заземлено? наоборот. Система управления допускает появление такой неисправности не более трех раз в течение 30 мин.

Главный и быстродействующий выключатели предназначены для оперативных и аварийных отключений сетевых силовых цепей соответственно переменного и постоянного тока от цепи токоприемников (после переключателя рода тока Q5). Главный выключатель (ГВ) типа ВОВ-25А-10/400 имеет электропневматическое управление двумя электромагнитными вентилями: удерживающим YA2 и включающим YA1 (установлены внутри приводного механизма главного выключателя). Быстродействующий выключатель (БВ) ABB Secheron UR-36 имеет электромагнитное управление посредством двух магнитов -- включающего/удерживающего и ускоренного отключения (на схемах обозначение QF2 использовано как в силовой схеме электровоза для обозначения силовой части выключателя, так и в схемах цепей управления для обозначения управляющих магнитов и контрольных контактов).

Тяговый трансформатор T1 типа LOT9600 предназначен для понижения сетевого переменного напряжения 25 кВ до уровня, необходимого для питания тяговых преобразователей и цепи отопления поезда. Он работает только тогда, когда электровоз ЭП10 получает питание от системы тягового электроснабжения переменного тока. По конструкции тяговый трансформатор выполнен с учетом размещения внутри кузова с вертикальным расположением стержней. Для охлаждения обмоток используется трансформаторное масло LDP 319. Тяговый трансформатор не является управляемым объектом. Система управления электровозом осуществляет контроль только ряда параметров, связанных с работой тягового трансформатора, таких, как:

* температура трансформаторного масла;

* наличие газа в трансформаторном масле.

На электровозе ЭП10 установлено шесть трехфазных асинхронных тяговых двигателей НТА-1200. Управление их работой осуществляют тяговые преобразователи. Каждый из тяговых двигателей для контроля их режима работы оборудован:

* датчиком частоты вращения;

* датчиком температуры тела статора.

Импульсный датчик частоты вращения ротора тягового двигателя типа MITRAC SS-1000 HR установлен на подшипниковом щитедвигателя со стороны, противоположной редуктору. Датчик имеет высокую разрешающую способность. За один оборот ротора двигателя он выдает 200 импульсов.

Рамы тележек передают вертикальные нагрузки от кузова на колесные пары и горизонтальные силы тяги и тормозной силы, на них устанавливают тяговые двигатели и тормозное оборудование. На раму тележки действуют также силы, возникающие при ударах, и боковые усилия, появляющиеся при вписывании электровоза (вагона электропоезда) в кривые.

Колесные пары направляют движение электровоза (вагона) по рельсовому пути, передают силу тяги, развиваемую локомотивом, и тормозную силу при торможении, воспринимают статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсом и колесом, преобразуют вращающий момент тягового двигателя в поступательное движение электровоза.

Через буксы электровоза ЭП10 на колесные пары передается вертикальная нагрузка от веса электровоза, а от колесных пар на рамы тележек -- усилия тяги, торможения и боковые горизонтальные силы. Букса ограничивает перемещение рамы тележки электровоза (вагона) относительно колесной пары, предотвращает попадание посторонних предметов в буксовые подшипники.

Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колес. Для уменьшения этих вредных воздействий в конструкции ЭПС предусмотрено устройство, называемое рессорным подвешиванием, элементы которого поглощают или снижают вертикальные и горизонтальные силы.

Рычажной тормозной системой оборудованы все электровозы; она служит для передачи усилий от тормозных цилиндров или от привода ручного тормоза к тормозным колодкам.

Вспомогательные машины электровоза.

Мотор-вентилятор служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов, тяговых электродвигателей, выпрямительных установок, трансформаторов и другого оборудования, что способствует более полному использованию их мощности.

Мотор-компрессор питает тормозную систему поезда и пневматические устройства электровоза сжатым воздухом.

Мотор-генератор (машинные преобразователи) применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при работе их в рекуперативном режиме.

Генератор тока управления предназначен для питания цепей управления (наружного и внутреннего), освещения и заряда аккумуляторной батареи, являющейся резервным источником питания тех же цепей.

Выводы

1) Определили мощность тяговых двигателей постоянного тока по расчетному подъему и конструкционной скорости (Рч=1494 кВт).Так как мощность единичного ТЭД не должна превышать 1000 кВт, получаем двухсекционный электровоз с номинальной часовой мощностью каждого двигателя: Рч/2=747 кВт. Расчитали величины напряжений 8-осного электровоза на вторичной обложке тягового трансформатора на ходовых позициях ЭКГ-8. Определили ток двигателя, активное сопротивление всех обмоток ТЭД, величину напряжения, номинальное значение удельной ЭДС, значение номинальной силы тяги для электровозов постоянного и однофазно-постоянного тока. Построили график зависимости скорости от силы тяги. Пришли к выводу, что с уменьшением силы тяги двигателя, скорость электровоза плавно увеличивается.

2) Сравнили показатели работы устаревших электровозов с современными аналогами. Подробно рассмотрели структурную электрическую схему питания тяговых двигателей М1 и М2 одной тележки электровоза ЭП10. Ознакомились с рабочими характеристиками двигателя НТА-1200 электровоза ЭП10 и непосредственно самого электровоза.

3) Детально рассмотрели основные технико-экономические параметры электровоза ЭП10. Ознакомились с расположением и назначением основного электрического оборудования локомотива

Список использованных источников

1. СТП П9-2-02. Стандарт предприятия. Оформление учебной документации курсовых и дипломных проектов (работ). - Ростов н/Д: РГУПС, 2012. - 200 с.

2. Ротанов, Н.А. [и др.]. Проектирование систем управления подвижным составом электрических железных дорог / Н.А. Ротанов [и др.]. - М.: Транспорт, 1964. - 352 с.

3. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 2011. - 385 с.

4. Некрасов, О.А. [и др.]. Режимы работы магистральных электровозов /О.А. Некрасов [и др.]; Под ред. О.А. Некрасова. - М.: Транспорт, 1983. - 231с.

5. Тихменев, Б.Н. Подвижной состав электрифицированных железных дорог / Б.Н. Тихменев, Л.М. Трахтман - М.: Транспорт, 1980. - 456 с.

6. Бахвалов, Ю.А. Моделирование электромеханической системы с асинхронным тяговым приводом / Ю.А. Бахвалов, А.А. Зарифьян, В.Н. Кашников [и др.]; Под ред. Е.М. Плохова. - М.: Транспорт, 2011. - 286 с.

7. Грузовые электровозы переменного тока: справочник / З.М. Дубровский, В.И. Попов, Б.А. Тушканов - М.: Транспорт, 1998. - 503 с.

8. Электровоз ЭП1 // «Локомотив» 1999. - №7. - № 8. - № 9. - № 10.

9. Электровоз ВЛ65 // «Локомотив» 2009 . - №3. - № 4. - № 7. - № 8. - № 9. - № 10.

10. Кравчук, В.В. Особенности конструкции и управления электровоза ВЛ65 В.В. Кравчук, А.С. Поддавашкин [и др.] - Иркутск, 1997. - 133 с.

11. Электровозы ВЛ60 К и ВЛ60 ПК. Руководство по эксплуатации. - М.: Транспорт, 2010. - 399с.

Приложение

Спецификация к схеме электровоза ЭП10

Поз	Наименование	Кол
1	Тяговые электродвигатели	6
2	Колесные пары	6
3	Рессорное подвешивание	12
4	Опора кузова на тележку	15
5	Автосцепки	2
6	Тяговый трансформатор	1
7	Выпрямительно-инверторный преобразователь	2
8	Выпрямительная установка возбуждения	1
9	Преобразователь фаз и частоты	1
10	Мотор-вентилятор	4
11	Мотор-компрессор	2
12	Пульт машиниста	2
13	Кран машиниста	4
14	Токоприемник	2

Размещено на Allbest.ur

...