Размещено на http: //www. allbest. ru/

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКЦИОНЕРНАЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ КОМПАНИЯ «ЎЗБЕКИСТОН ТЕМИР ЙЎЛЛАРИ»

ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ДИССЕРТАЦИЯ

для получения академической степени магистра по

5А310704 - «Электротехнические комплексы и системы»

Исследование цепи управления тягового электрического двигателя электровоза "Узбекистон"

Шадмонходжаев Муродилла Шухратиллаевич

Научный руководитель:

к.т.н., доц. Бердив У.Т.

Ташкент 2011-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

1.1 Обзор литературы по цепи управления электровозов

1.1.1 СУ ЭПС без преобразователей

1.1.2 СУ ЭПС с вращающимися преобразователями

1.2 Основные параметры электровоза «Ўзбекистон»

1.2.1 Основные технические характеристики электровоза

1.2.2 Основные электрические параметры тягового двигателя

1.2.3 Тяговое и тормозное усилие

1.2.4 Назначение и условия окружающей среды по эксплуатации

1.2.5 Основные требования

ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЭД ЭЛЕКТРОВОЗОВ «ЎЗБЕКИСТОН»

2.1 Конструкции и принцип работы ТЭД

2.1.1 Общая информация

2.1.2 Строение статора

2.1.3Строение ротора

2.2 Расчет параметров ТЭД электровоза «Ўзбекистон»

2.2.1 Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя

2.2.2 Требования к параметрам тягового асинхронного двигателя

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВАЯ ЦЕПЬ ЭЛЕКТРОВОЗА «УЗБЕКИСТАН»

3.1 Силовая цепь электровоза «Узбекистан» регулятор напряжения

3.1.1 Силовая цепь электровоза Узбекистан

3.1.2 Особенности проектирования асинхронного тягового двигателя в увязке с пускорегулирующим устройством

3.1.2.1 Основы теории управления амплитудой и частотой напряжения асинхронного двигателя

3.1.2.2 Закон оптимального регулирования амплитудой и частотой напряжения

3.1.2.3 Особенности работы асинхронного частотно -регулируемого тягового двигател я

3.2 Четырёхквадратный преобразователь для управления электровозов «Узбекистан» и их исследование

ГЛАВА 4. РАСЧЁТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

4.1 Среднесуточное число грузовых поездов

4.2Определение нормы расхода электроэнергии

4.3Техника безопасности при управление электровозов

4.3.1 Основы электробезопасности

4.3.2 Требования безопасности при ремонте и обслуживании электрооборудования локомотива

4.4 Расчет электропневматического контактора

4.4.1 Расчёт нажатия ширины контактов

4.4.2 Расчёт дугогасительного устройства

4.4.3 Расчёт пневматического привода

4.5 Расчёт электромагнитного контактора

4.5.1 Расчёт механической характеристики контактора

4.5.2 Расчёт катушки электромагнитного контактора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

электровоз тяговой двигатель асинхронный

Актуальность темы исследований. Ведущее место в транспортной системе Республики Узбекистан занимают железные дороги. Они имеют важнейшее государственное, народнохозяйственное и оборонное значение. Особенно возрастает их роль в условиях перестройки управления экономикой и введения рыночных отношений. От железных дорог требуется своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей населения и народного хозяйства, грузоотправителей и грузополучателей в перевозках. Любая даже кратковременная задержка выполнения заявки на перевозки наносит ущерб нормальной работе предприятий, подрывает договорные основы ведения хозяйства, снижает конкурентоспособность железнодорожного транспорта.

В докладе Президента Республики Узбекистан Ислама Каримова на заседании правительства по итогам социально-экономического развития страны на тему: «Все наши устремления и программы - во имя дальнейшего развития родины и повышения благосостояния народа» сказано, чтобольшие задачи стоят перед нашими железнодорожниками. Необходимо завершить строительство двухпутной электрифицированной железнодорожной линии Джизак - Янгиер и однопутной электрифицированной железнодорожной линии Янгиер - Фархад, начать реализацию проектов по электрификации имеющих стратегическое значение железнодорожных линий Мараканд - Карши и Карши - Термез, что позволит на 20 процентов сократить расходы и повысить скорость доставки в 1,3 раза. Наряду с этим необходимо ускорить реализацию проектов по обновлению парка пассажирских локомотивов, модернизации и восстановлению грузовых локомотивов и вагонов, модернизации железнодорожных путей, обеспечить в установленные сроки завершение строительства и ввести в эксплуатацию первую в Средней Азии высокоскоростную железнодорожную магистраль на участке Ташкент--Самарканд совместно с испанской компанией «Тальго» [1.].

В настоящее время большое количество электровозов не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к технике нового поколения как по экономичности и надежности, так и по условиям работы локомотивных бригад. На железных дорогах Узбекистана электрифицировано 480 км дороги на переменном напряжении 25 кВ. До последних лет на этих участках использовались электровозы ВЛ-60 и ВЛ-80. В настоящие время электровозы ВЛ-60 выработали свой ресурс.

Вспомогательные цепи электроподвижного состава (ЭПС) - это электрические машины и аппараты, обеспечивающие охлаждение электрооборудования тягового привода, снабжение сжатым воздухом системы пневматического торможения поезда, электропитание цепей управления, создание необходимых комфортных условий в кабине машиниста и пассажирских помещениях.

Увеличение мощности ЭПС, применение тягового электропривода с преобразователями, повышение требований к комфорту в кабине машиниста и пассажирских помещениях требует соответствующего увеличения мощности вспомогательного оборудования. На современный ЭПС расход энергии на работу вспомогательного оборудования достигает 10 % от энергии, затраченной на тягу поездов.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором являются предпочтительным вариантом для привода вспомогательного оборудования ЭПС ввиду их дешевизны, надежности и простоты технического обслуживания. На большинстве электровозов переменного тока вспомогательные асинхронные двигатели получают трехфазное питание от расщепителя фаз, представляющего собой короткозамкнутую асинхронную машину, выполняющую одновременно функции однофазного двигателя и трехфазного генератора.

Недостатками асинхронных машин являются проблемы регулирования скорости их вращения и получения на ЭПС переменного тока симметричного трехфазного напряжения, а также снижение вращающего момента пропорционально квадрату питающего напряжения, что может привести к остановке вспомогательных машин при пониженном напряжении контактной сети.

С учетом вышеизложенных, актуальным направлением при реконструкции электрической части вспомогательных машин существующих электровозов и проектировании вновь создаваемых электровозных систем, является направление, связанное с созданием частотно-регулируемых асинхронных приводов вспомогательных машин на основе перспективных схем преобразователей частоты.

Цель диссертации. Исследования системы управление ТЭД электровозов «Узбекистон» в условиях ГАЖК «Узбекистон темир йуллари»

Задачи диссертации. Для решения цели диссертации в работе выполнены следующие задачи - проведен анализ современного состояния и проблемы совершенствования цепы управления тягового электрического двигателя серии электровозов «Узбекистан», рассмотрены характеристики, принципы работы и основные электрические параметры тягового двигателя, тяговое и тормозное усилия, особенности проектирования асинхронного тягового двигателя в увязке с пускорегулирущим устройством и основы теории управления амплитудой и частотой напряжения.

Научная новизна. В работе разработана и изучена рациональная схема управления тягового электрического двигателя с использованием преобразователя частоты, реализующего управление с энергосберегающими характеристиками для конкретного вида оборудования, их мощностей, диапазона регулирования производительности, а также других технологических и конструктивных параметров.

Практическая ценность диссертации, обусловлена, в первую очередь изучением системы и схемы управления тяговыми электродвигателями с использованием преобразователя частоты цепей электроподвижного состава, определением требований к регулируемого электроприводу и их принципов построения, законов частотного регулирования, способов управления привода и преобразователя, разработки инженерных методик и реализующие их алгоритмы расчета электромагнитных процессов в системе 4QS.

Объект исследований. Объектом исследования является тяговые асинхронные электродвигателей электровозов переменного тока.

Предмет исследований. Преобразователь частоты по системе 4QS для питания тяговых электродвигателей электровозов переменного тока.

Апробация и публикация. Отдельные части диссертации периодически докладывались на научно-технических конференциях ТИИЖТа, а также на заседаниях кафедры «Электрический транспорт и высокоскоростного электроподвижного состава ».

По материалам диссертации опубликованы статьи:

1) . Системы управления тяговыми электродвигателями электровоза «Узбекистан». Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта X межвузовской научно-практической конференции студентов бакалавриата, магистратуры и стажёров - исследователей «МОЛОДОЙ НАУЧНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬ» (3-4 апреля 2012 г.);

2) Исследование цепи управления тягового электрического двигателя электровоза «Узбекистан». Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта “Научно - практическая конференция студентов магистратуры по итогам работы над диссертацией” (2012 года 12 октября);

3) Роль вакуумного выключателя для управления электровозов переменного тока. ТашИИТ научные труды республиканской научно - технической конференции с участием зарубежных ученых “РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ” (5 - 6 декабря 2012 года)

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четерёх глав, заключения, списка использованной и изученной литературы. Обьём работы без учета списка литературы, рисунков и таблиц 34 страниц.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

1.1 Обзор литературы по цепи управления электровозов

Управление - это воздействие на объект, направленное на достижение поставленной цели. Цель управления поездом - это перемещение его от начальной до конечной станции за установленный расписанием промежуток времени при обеспечении безопасности движения и минимальном расходе энергии. Для этого скорость поезда V должна изменяться в определенной зависимости от пройденного пути.[2,3,4,5].

Поставленная цель будет достигнута, если локомотив реализует силу тяги Fk, достаточную для преодоления силы сопротивления движению поезда W и для создания требуемого ускорения поезда dV/dt. При необходимости снизить скорость поезда (dV/dt<0) потребуется создание тормозной силы В, направленной встречно вектору скорости V.

Возможности локомотива по реализации сил тяги и торможения определяются его тяговыми и тормозными характеристиками, которые представляют собой зависимости Fk(V) и B(V) и имеют ограничения по силам Fk и В, определяемые параметрами локомотива.

Задача управления ЭПС сводится к созданию определенных режимов работы тяговых электродвигателей (ТЭД), при которых обеспечиваются требуемые значения силы тяги Fk (или тормозной силы В) при заданных скоростях движения V. Режим работы ТЭД определяется напряжением на его зажимах Uд, током возбуждения Iв, а для ТЭД переменного тока - еще и частотой fд [6,7].

Совокупность устройств, предназначенных для изменения режима работы ТЭД, называется системой управления ЭПС (СУ ЭПС). Первой основной функцией СУ ЭПС является регулирование режима работы ТЭД, с целью обеспечения движения поездов в соответствии с расписанием [2,4].

Система электроснабжения электрической железной дороги (ЭЖД) обеспечивает подвод электроэнергии к токоприемнику ЭПС. Известно, что капитальные затраты на сооружение системы электроснабжения и ежегодные потери энергии в ней можно уменьшить используя более высокое номинальное напряжение контактной сети.

Однако при этом становится невозможным непосредственное питание тяговых электродвигателей от контактной сети, поскольку напряжение на ТЭД не должно превышать 1500 В, а оптимальные параметры ТЭД достигаются при Uд = 7001000 В. Поэтому второй основной функцией СУ ЭПС является преобразование напряжения контактной сети Uc и рода тока в ней, характеризуемого частотой контактной сети fс, в напряжение и род тока, целесообразный для ТЭД (Uд и fд).

Кроме этого, СУ ЭПС должна выполнять следующие дополнительные функции [4,8]:

-ограничение скорости движения, сил тяги и электрического торможения в соответствии с параметрами ЭПС и требованиями безопасности движения;

-защита электрооборудования от повреждений и опасных режимов;

-обеспечение воздушного охлаждения электрооборудования и подача сжатого воздуха для пневматических приводов;

-автоматизация управления ЭПС.

Для выполнения основных и дополнительных функций системы управления ЭПС в соответствии с условиями движения поезда необходимо переключение режимов работы СУ ЭПС. Эти переключения осуществляет машинист, который в своих действиях должен учитывать режимы работы ТЭД (Uд, Iд, IВ) и системы электроснабжения (Uc), условия движения поезда (V, dV/dt, i, S), а также требования безопасности движения.

Наименьший расход энергии при заданном времени хода обеспечивает режим движения поезда с постоянной скоростью V = const. Однако на разных участках пути требуется реализовать различные значения скорости. В частности, перед отправлением поезда, а также после его остановки V=0. Поэтому возникает необходимость перехода от одного установившегося значения скорости к другому. Для изменения скорости рекомендуется равноускоренное или равнозамедленное движение dV/dt=const (рис.1.1).

Необходимо учитывать, что внезапное изменение величины ускорения воспринимается как удар, создающий дополнительные нагрузки на конструкцию подвижного состава и вызывающий неприятные ощущения у людей, находящихся в поезде. Поэтому следует предусматривать плавное изменение ускорения, поддерживая постоянный темп изменения ускорения

d2V/dt2 = const.

При служебном и регулировочном торможении следует принимать dV/dt = 0,5 м/с2 и d2V/dt2 = 0,25 м/с3, а при экстренном - dV/dt = 2,2 м/с2 и d2V/dt2 = 10 м/с3 [2,8].

Таким образом, система управления должна предусматривать три основных режима движения поезда:

V = const, dV/dt = const и d2V/dt2 = const.

С учетом реальной формы тяговой характеристики и применения выбега зависимость V(t) будет иметь вид, показанный на рис.1.1 штриховой линией.

Как известно, установившаяся скорость движения поезда определяется точкой пересечения характеристики полного сопротивления движению W(V) и тяговой F(V) (точка У на рис.1.2,а). Чтобы при той же скорости поезд имел ускорение dV/dt, сила тяги должна быть равна

Fz = Fy + (1 + г) mП dV/dt (точка Z).

Здесь mП - масса поезда, 1 + г - коэффициент инерции вращающихся частей.

Требуемые значения скорости движения поезда задаются необходимой скоростью сообщения, условиями безопасности движения, а также вариацией сопротивления движению, массы поезда и профиля пути. Разнообразие условий движения поезда ставит перед СУ ЭПС требование обеспечить возможность реализации режимов, соответствующих любым точкам в пределах существующих ограничений тяговой характеристики ЭПС Fk(V) (рис.1.2,б) по сцеплению - 1, по скорости - 2 и по допустимому режиму работы ТЭД - 3. Аналогичные ограничения имеют место и для тормозных характеристик B(V) (1'; 2' и 3' на рис.1.2,б).

Это требование выполняется полностью только при плавном регулировании режима работы ТЭД. Так, например, для поддержания постоянства скорости V1=const с поездами различной массы на подъемах различной крутизны необходимо при этой скорости плавно регулировать силу тяги в пределах от F1 до 0.

Рис. 1.1 Режим движения поезда



Рис. 1.2 Реализация режимов движения поезда: а - определение скорости движения поезда; б - ограничение тяговых и скоростных характеристик

При ступенчатом регулировании скорости вариация сопротивления движению требует перехода с одной тяговой характеристики на другую, вследствие чего установившаяся скорость Vуст может принимать любое значение в пределах

V2?Vуст?V1.

Равноускоренное движение поезда чаще всего реализуется при пуске, когда скорость поезда должна возрасти от 0 до V3. Система управления с плавным регулированием режима работы ТЭД должна обеспечивать постоянство силы тяги F3= const в этом диапазоне изменения скорости.

Ступенчатое регулирование силы тяги за счет перехода с одной тяговой характеристики на другую сопровождается изменением силы тяги F в пределах

F4?F?F3.

Поскольку на ЭПС отсутствуют приборы, измеряющие непосредственно силу тяги, то о ее величине обычно судят по косвенному показателю - по току тягового электродвигателя I, который связан с силой тяги F известным соотношением

F = СФI,

где С - постоянный коэффициент, зависящий от параметров ТЭД и тяговой передачи; Ф - магнитный поток ТЭД.

К тяговым электродвигателям (ТЭД) ЭПС предъявляются следующие требования [9,10]:

-возможность реализации больших мощностей в ограниченных габаритах;

-возможность регулирования скорости и силы тяги в широких пределах;

-простота конструкции и надежность работы.

Классификация ТЭД ЭПС с указанием предельных значений их параметров приведена на рис. 1.3 [2,11].

В настоящее время на ЭПС наиболее распространены коллекторные ТЭД постоянного тока и пульсирующего тока, которые имеют хорошие тяговые свойства и отличаются простотой регулирования. Их недостатки связаны с наличием коллектора, который увеличивает стоимость изготовления и трудоемкость эксплуатации ТЭД, ограничивает активную длину якоря и мощность ТЭД, а также лимитирует максимальную скорость вращения. Сила тяги и скорость таких ТЭД регулируется изменениями Uд и Iв. Особенностью коллекторных ТЭД однофазного тока является наличие трансформаторной ЭДС в коммутируемой секции обмотки якоря. Для ограничения этой ЭДС понижают частоту питающего напряжения и уменьшают магнитный поток. Чтобы обеспечить требуемую мощность ТЭД, приходится увеличивать число полюсов до 1416. Соответственно возрастает количество щеткодержателей. Условия коммутации ограничивают величину напряжения до 250500 В. Для реализации необходимой мощности приходится увеличивать ток двигателя и, следовательно, увеличивать длину коллектора и количество щеток в каждом щеткодержателе. Все это существенно удорожает стоимость изготовления и технического обслуживания однофазных коллекторных ТЭД [12]. В настоящее время однофазные коллекторные ТЭД пониженной частоты используются только на ЭПС старой конструкции. На новых ЭПС пониженной частоты применяют коллекторные ТЭД пульсирующего тока или асинхронные. Однофазные коллекторные ТЭД нормальной частоты в настоящее время сняты с эксплуатации вследствие того, что их мощность недостаточна, а надежность низка.

Синхронные (вентильные) ТЭД нашли применение главным образом на скоростных поездах TGVA французских железных дорог. Система управления синхронных ТЭД предусматривает изменение частоты и напряжения на двигателе fд и Uд. Коэффициент мощности регулируют изменением Iв. Преимущества такого ТЭД: отсутствие коллектора снимает ограничение мощности при высоких скоростях, дает возможность повышать напряжение на двигателе, которое лимитируется только изоляцией, позволяет регулировать коэффициент мощности. Недостатки: сложность системы управления и необходимость синхронизации управления тиристорами с положением ротора, что требует отдельного преобразователя напряжения и частоты на каждый двигатель.



Рис. 1.3 Классификация ЭПС по тяговым двигателям (ТЭД)

Асинхронные ТЭД с фазным ротором применялись на ЭПС в США в начале века. Их скорость регулировали изменением сопротивления в цепи ротора. В настоящее время на ЭПС используются асинхронные короткозамкнутые ТЭД, которые имеют самую простую конструкцию и низкую стоимость, однако они требуют применения сложной системы управления, обеспечивающей плавное регулирование частоты и напряжения. Несмотря на это, ЭПС с асинхронными ТЭД выпускают ряд ведущих электровозостроительных фирм (Siemens, ABB, Ansaldo, Toshiba) [14].

Классификация систем управления ЭПС по типам преобразователей представлена на рис. 1.4.



Рис. 1.4. Классификация систем управления ЭПС по типам преобразователей

1.1.1 СУ ЭПС без преобразователей

Исторически первые электровозы имели простейшие СУ без преобразователей. Такие СУ предусматривают ступенчатое регулирование напряжения на ТЭД Uд за счет изменения группировок ТЭД, регулирования тока возбуждения Iв и включения пусковых резисторов r (на ЭПС постоянного тока) или переключения числа витков обмоток трансформатора (на ЭПС переменного тока).

Применяются коллекторные ТЭД постоянного тока (КПТ) и однофазные коллекторные (ОК) [12,15].

Преимущества СУ без преобразователей - их простота и дешевизна, недостатки - значительные потери в пусковых резисторах, ступенчатость регулирования силы тяги, сложность конструкции коллекторных ТЭД и ограничение их мощности по коммутации.

До 1960 г. на ЭЖД Европы применялись СУ ЭПС без преобразователей за исключением единичных опытных электровозов.

Сейчас в связи с развитием преобразовательной техники, такой тип СУ ЭПС хотя и утратил свое монопольное положение, но по-прежнему является наиболее распространенной системой управления на ЭЖД постоянного тока.

1.1.2 СУ ЭПС с вращающимися преобразователями

Еще в первой половине XX века в США и Венгрии применялись электровозы с вращающимися преобразователями. Первые такие электровозы имели синхронный преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (СПФ) и асинхронный тяговый двигатель с фазным ротором (АФ). Регулирование осуществлялось переключением числа полюсов ТЭД и пусковым резистором в цепи ротора. Эти электровозы имели групповую тяговую передачу с шатунно-кривошипным механизмом наподобие паровозного. Количество таких электровозов не превышало двух-трех десятков.

В 1947-1955 гг. получают развитие ЭЖД переменного тока нормальной частоты США, Франции и Венгрии появляются разнообразные электровозы с вращающимися преобразователями, имеющие коллекторные ТЭД постоянного тока (КПТ) или асинхронные ТЭД с короткозамкнутым ротором (АКЗ). Регулирование скорости осуществлялось изменением напряжения и частоты тяговых двигателей [15,16].

Такие СУ имели много преимуществ: а) возможность использования ТЭД с оптимальными параметрами независимо от величины напряжения и рода тока в контактной сети; б) плавное регулирование скорости и силы тяги; в) синусоидальная форма тока, потребляемого из контактной сети, и возможность регулирования коэффициента мощности вследствие использования преобразователя с синхронным двигателем (СД).

Однако для ЭПС с вращающимися преобразователями характерны два очень серьезных недостатка: а) значительная масса электрооборудования, приходящаяся на единицу мощности ТЭД. Учитывая ограничение нагрузки от колес на рельсы по конструкции пути такие электровозы могут иметь мощность не более 400500 кВт на движущую ось; б) сравнительно низкий КПД электровоза, обусловленный трехпятикратным преобразованием энергии. После 1955 г. такие электровозы больше не выпускались.

3) СУ ЭПС со статическими преобразователями. История СУ ЭПС со статическими преобразователями начинается с 1936 г., когда в Германии был пущен опытный участок Хеллентальской железной дороги, контактная сеть которого питалась напряжением 20 кВ, 50 Гц. Участок имел подъемы до 55 %. На этом участке работали четыре электровоза, изготовленные разными фирмами, в том числе два электровоза с ТЭД постоянного тока и многоанодными ртутными выпрямителями [15,16].

В первые послевоенные годы в США, Франции и СНГ строятся и испытываются электровозы со статическими преобразователями первого поколения, на которых использовались одноанодные ртутные выпрямители. Их недостатки: громоздкость конструкции; трудность обеспечения герметичности приборов в условиях вибрации подвижного состава; необходимость поддержания температуры выпрямителей в узких пределах 3540°С, что требовало применения водяного охлаждения; заражение электровоза ртутью при прожоге корпуса выпрямителя. Вместе с тем СУ с ртутными выпрямителями имели существенные преимущества по сравнению с вращающимися преобразователями: значительно меньшую массу электрооборудования, приходящуюся на единицу мощности ТЭД, и более высокий коэффициент полезного действия.

Второе поколение статических преобразователей появилось в Европе в 1958-1959 г. и спустя четыре года - в СНГ. В качестве выпрямителей были применены кремниевые диоды. Это позволяло заменить водяное охлаждение воздушным, снизить массу и габариты выпрямительной установки, упростить ее техническое обслуживание, повысить КПД и надежность. Напряжение на ТЭД электровозов первого и второго поколений регулировалось изменением числа витков обмотки трансформатора с помощью контакторов. Преимущества данных преобразователей оказались настолько существенными, что по мере поступления в капитальный ремонт на всех электровозах первого поколения ртутные выпрямители были заменены кремниевыми.

Третье поколение статических преобразователей отличалось применением управляемых полупроводниковых приборов - кремниевых тиристоров. Это позволило отказаться от использования контакторов и перейти на бесконтактное регулирование. Кроме того, появилась возможность рекуперации на электровозах со статическими преобразователями, а также использования бесколлекторных ТЭД [6,13,16,17].

Четвертое поколение характеризуется применением полностью управляемых GТО тиристоров (Gate turn off thyristor - запираемый тиристор), что обеспечивало дальнейшее снижение массогабаритных преобразователей, особенно заметное на электровозах с асинхронными ТЭД [18].

Сейчас зарождается пятое поколение, характеризующееся использованием силовых полупроводниковых приборов IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором) и IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor - запираемый тиристор с интегрированным блоком управления) [10,19]. Недостатки статических преобразователей: а) значительное снижение коэффициента мощности при глубоком фазовом регулировании в режимах тяги и рекуперации; б) искажение формы кривой тока, потребляемого из контактной сети, и в) необходимость компенсации реактивной мощности на высших гармониках.

1.2 Основные параметры электровоза «Узбекистан»

Рис. 1.5 Размещения оборудовании в электровоза «Ўзбекистон»

1.2.1 Основные технические характеристики электровоза

Осевая формула С0-С0

Вес 126 т +3% - 1%

Осевая нагрузка 21,0 т +3% - 1%

Расстояние между центрами тележек 11 670 мм

Колесная база 2 100 мм ч 2 300мм

Ширина колеи 1 520 мм

Диаметр колес (новых) 1 250 мм

Диаметр колес (номинальный); диаметр, используемый для расчета тягового оборудования 1 200 мм

Система линейного напряжения 25 кВ, 50 Гц

Постоянная сила, действующая на обод колеса, ведущего 6000 кВт

Сила тяги при трогании с места 420 кН

Постоянное тяговое усилие 288 кН до ~75 км/ч при 50°C

Максимальное усилие торможения 220 кН

Максимальная рабочая скорость 160 км/ч

условие: использованные колеса

Максимальная испытательная скорость 176 км/ч

условие: новые колеса

Номинальное напряжение аккумуляторов 110 В постоянного тока

Диапазон напряжения системы управления от 77 В до 138 В

Уровень дополнительного напряжения 3 440 В перем.тока

1.2.2 Основные электрические параметры тягового двигателя

Тип двигателя 1TB2624 - 0GA02

Необходимый расход воздуха/перепад давления 1,4 м./с / 3200 Па

Диаметр ротора 446 мм

Диаметр отверстия статора 450 мм

Длина сердечника 400 мм

Воздушны зазор 2 мм

Номинальное напряжение 2063 В

Номинальный ток 330 А

Номинальная мощность 1020 кВт

Номинальная скорость 1484 об./мин

Номинальная частота 50Гц

Тепловой класс 200

Номинальное напряжение по изоляции 2300 В

Максимальное напряжение 2105 В

Максимальный ток 450 A

Цепь Y

Стандарты и нормы IEC 60-349-2 / Издание 08.02

Пусковой вращающий момент 9570 Нм (полуизношенное колесо, 1200 мм)

Ток при трогании с места приблизительно 420 A

Вес двигателя в комплекте 2470 кг

Вес ротора в комплекте (с уравновешивающим устройством) 617 кг

Вес статора в комплекте (с сердечником с обмоткой/рамой) 1300 кг

Подшипник приводного конца: Цилиндрический роликоподшипник

BC1-7088 A DIN 43283-N 332-ECM-SRL.340-370-VA309 или N332 EMR/HB3L3BVA841 с масляной смазкой / электроизолированный, (Рекомендуемая марка масла: синтетическое трансмиссионное масло 75W90)

Подшипник неприводного конца: Шариковый подшипник с глубоким желобом 6326mod-M/C5HVA309 BB1-7009 BB или BB1-7009 DIN 43283- 6326-M / C5H-VA309 с консистентной смазкой / электроизолированный Консистентная смазка роликоподшипников качения MOBILITH SHC 100

1.2.3 Тяговое и тормозное усилие

Рис. 1.6 Диаграмма характеристики тягового и тормозного усилия при скорости 160 км/ч



Рис. 1.7 Зависимость рабочих характеристик от напряжения контактного провода

1.2.4 Назначение и условия окружающей среды по эксплуатации

Назначение: Электровозы в основном применяются для тяги грузового поезда, так же применяются для тяги пассажирского поезда на магистрали ЖД UTY.

Локомотивы могут нормально работать при условии следующей окружающей среды:

-Высота над уровнем моря не больше - 1500 м.

-Температура окружающего воздуха - (-300) ч (+ 500, в тени).

-Максимальная месячная средняя относительная влажность в месяц с максимальной влажностью не больше 90% (минимальная средняя месячная температура этого месяца - +20).

-Локомотив должен и может выдерживать удар от ветра, песка, дождя, снега, тумана, града и т.д.

1.2.5 Основные требования

Род тока: однофазный переменный ток - 50 Гц

Рабочее напряжение:

-Номинальное напряжение - 25 кВ

-Максимальное напряжение - 29 кВ

-Минимальное напряжение - 19 кВ

В том числе локомотив может работать с полной мощностью при напряжении 22.5 кВ ч 27.5 кВ.

Колея рельса - 1520 мм

Осевая формула - B0-B0-B0

Экипировочная масса локомотива - 138 t

Нагрузка на ось - 23 t

-Нагрузка на каждую ось не меньше средней нагрузки на оси на 2

-Нагрузка на каждую ось, измеренная на оси не меньше 23 т на 2

-Разница между нагрузкой на каждое колесо на одном боку и средней нагрузкой на колесо двух боков не больше ±4. Разница между нагрузкой на каждое колесо и средней нагрузкой на каждое колесо этой оси не больше ±4.

Габарит:

-Габарит локомотива на равнинном пути при опускании токоприемника должен удовлетворить требованию 1-T ГОСТ 9238-83.

-Высота продольной оси автосцепки над головками рельса: 1060±20 мм

-Высота с поверхности рельса до самой верхней точки локомотива не больше 4790 мм ± 20 мм(для нового колеса

-Рабочая высота продольной оси токоприемника над головками рельса: 5750~6800 мм

-Высота продольной оси основания ящика шестерни над головками рельса не меньше 120 мм (для нового колеса)

-Высота продольной оси пилота над головками рельса: 110±10 мм (Эту высоту можно регулировать. Ни для нового колеса, ни для старого колеса эта высота может удовлетворять требования.)

-На тележке первой колесной пары по направлению движения локомотива установлен резиновый камнесбрасыватель. Высота продольной оси камнесбрасывателя над головками рельса - 30 мм (Эту высоту можно регулировать).

Главный размер конструкции локомотива:

-Ширина кузова: 3100 мм

-Высота кузова: 4150 мм

-Расстояние между серединами тележки: 2Ч7200 мм

-Полная база: 17200 мм

-Жесткая база тележки: 2800 мм

-Диаметр колеса:

1250 мм (для нового колеса)

1205 мм (для полуизношенного колеса)

1160 мм (для полуизношенного колеса)

Параметр тяговой характеристики:

-Способ эл. привода - переменно - постоянно-переменный ток

-Мощность продолжительного режима - 6000 кВт

-Предел скорости при постоянной мощности - 53 км/ч, (120 км/ч для полуизношенного колеса)

-Скорость локомотива:

Продолжительная скорость - 53 км/ч (для полуизношенного колеса)

Максимальная эксплуатационная скорость - 120 км/ч

Максимальная испытательная скорость - 130 км/ч

Пусковая тяговая сила - 450 кН

Продолжительная тяговая сила - 410 кН (для полуизношенного колеса)

Параметр тормозной характеристики:

-Способ эл. торможения - Рекуперативное торможение

-Максимальная эл. тормозная сила - 285 кН

-Тормозная мощность на ободе - 5400 кВт

Динамическая характеристика:

Локомотив может безопасно проходить кривую радиусом 125 м со скоростью 5 км/ч. Еще можно проводить нормальную операцию сцепления и расцепления на кривой радиусом 250 м.

-Коэффициент схода с рельсов Y/Q при любом случае значение «Y/Q» не должно быть ?1.2, где Y - поперечная сила колеса, Q - вертикальная сила колеса. Здесь только думается значение Y и Q в эффективное время больше 0.05 с.

Другие требования:

-Фактор мощности. Фактор не должен быть меньше 0.95 при случае с номинальной мощностью 25 и больше (Этот фактор годен для тяги и рекуперативного торможения).

-Эквивалентный ток помехи Jp, эквивалентный ток помехи не должен быть больше 5 A при напряжении электроснабжения 25 кВ.

- Общий к.п.д. локомотива не должен быть меньше 0.84, при продолжительной мощности тягового режима при номинальном напряжении контактной сети (не включая электроснабжение локомотива).

Рис. 1.8 Кривая тяговой характеристики локомотива

Тяговая характеристика и тормозная характеристика:

-Тяговая характеристика

Локомотив применяет привод переменным током для осуществления управления стабильной мощностью и стабильной скоростью. Кривая тяговой характеристики локомотива см. Рис. 1.8.

Тяговых зон контроллера машиниста разделяется на 12 ступеней. Определенная контрольная кривая локомотива для машиниста см. Рис. 1.8. Тяговая сила локомотива и определенная контрольная функция следующие:

Применяется минимальное значение. (1.1)

Рис. 1.9 Определенная контрольная кривая тяги локомотива для машиниста

----Тяга (kN)

----Скорость локомотива (km/h)

----Положение рукоятки(1, 212)

-Тормозная характеристика

Локомотив применяет рекуперативное торможение для электрического торможения. Тормозная характеристическая кривая см. Рис. 1.10. На локомотиве не возникает электрического торможение при скорости < 5 км/ч.

Рис. 1.10 Кривая характеристики электрического торможения

Тормозной зон контроллера машиниста разделяется на 10 ступеней. Определенная контрольная кривая электрической тормозной силы локомотива для машиниста см. Рис. 1.11. Электрическая тормозная сила локомотива и определенная контрольная функция следующие:

Применяется минимальное значение. (1.2)

----Электрическая тормозная сила (kN)

----Скорость локомотива (km/h)

----Положение рукоятки (1, 210)

Рис. 1.11 Определенная контрольная кривая электрической тормозной силы локомотива для машиниста

ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЭД ЭЛЕКТРОВОЗОВ «УЗБЕКИСТАН»

2.1 Конструкции и принцип работы ТЭД

2.1.1 Общая информация

Четырёхполюсный трехфазный двигатель относится к «безрамной» конструкции и предназначен для поперечной установки на рельсовой вагонетке. Двигатель разработан как носовой привод. Поперечно монтируемый трехфазный индукционный двигатель разработан как внешне - охлаждаемый, безрамный носовой двигатель.

Охлаждающий воздух проникает сквозь верхний воздушный впускной колпачок в опорной плите (сторона N), а выходит через выходные отверстия на переднем конце опорной плиты (сторона D). Вставная ведущая шестерня [11.10] вставляется в валовое окончание (сторона D) с внутренним коническим гнездом для вала.

Крутящий момент двигателя передаётся через данную вставную ведущую шестерню на носовой привод. Вставная ведущая шестерня вставляется в двигатель с помощью глицерина и гидравлического пресса.

Рис. 2.1 Вид двигателя в продольном разрезе

Технические данные

Механические данные двигателя:

Внешне-охлаждаемый 1,4 м3/с

Диаметр ротора 446 мм

Диаметр отверстия статора . 450 мм

Длина центрального узла 400 мм

Воздушный зазор . 2 мм

Электрические данные двигателя:

При непрерывной эксплуатации номинальное напряжение 1987 В

Номинальный ток 344 А

Номинальная мощность . 1020 кВт

Номинальная скорость . 1450 об./мин.

Номинальная частота . . 0,83 Гц

Термический класс . . 200

Номинальное изоляционное напряжение 2300 В

Максимальный ток 375 А

Максимальное напряжение . 2027 В

Максимальная скорость . 3450 об./мин.

Цепь. У

Кондукторный провод . 1х95 мм2/фаза

Спецификации IEC 349-2 / VDE 0535

Вес двигателя:

Двигатель полностью . 2450 кг

Ротор полностью (балансирующий комплект) 595 кг

Статор полностью (сердечник с обмоткой и корпусом) . 1330 кг

Подшипник двигателя:

Подшипник (D-конец) BCI 7088 A, цилиндрический роликоподшипник

DIN . (смазанный/электрически изолированный)

Подшипник (N-конец) BBI 7009, глубоко канавный шарикоподшипник

DIN . (смазанный жиром/электрически изолированный)

Антифрикционная смазка для подшипников MOBILITH SHC 220

Первая смазка / количество для повторной смазки 1,1 кг

Количество для повторной смазки: Подшипник N-конец 240 г

Коробка передач:

Вес с двигателем . 3600 кг

Коэффициент трансформации . 6,23

Корпус коробки передач: смазочное масло / количество заливки

Первая заливка . Примерно 8.51

Повторная заливка . . Примерно 71

Подшипник колесного вала:

Подшипник (D-конец): конусный роликоподшипник М 249747 - 20409

(внутреннее кольцо)/М-20Е34 (внешнее кольцо).

Подшипник (N-конец): конусный роликоподшипник АН-20409

(внутреннее кольцо)/В-20Е35 (внешнее кольцо).

Антифрикционная смазка для подшипников:MOBILITH SHC 220

Первая смазка / количество для повторной смазки 1,2 кг

Количество для повторной смазки: Подшипник N-конец . 200 г

2.1.2 Строение статора

Центральная система статора [1.10], включая изолированные электрические стальные листы сердечника вместе с пластинами давления по обоим концам, собирается в одно целое с помощью четырёх приваренных затяжек, чтобы сформировать один комплект статора. Воздушные каналы распределены симметрично в основании статора, ближе к наружной поверхности. Обмотка статора вставляется в прорези сердцевины статора. Эти прорези закрываются специальными колпачками. Статор с обмоткой является вакуумно-пропитанным и соответствует требованиям термического класса 200. Обмотанные концы катушек, катушечные соединения статора [1.30] и кабельные зажимы [8.11] трёх соединительных проводников [8.10] - запаяны. Соединительные проводники [8.10] проходят через шунт кабельные сальники [7.11] и присоединяется к полоске с контактами [8.20] на статоре.

2.1.3 Строение ротора

Центральный узел [2.20], состоящий из изолированных электрических металлических листов сердечника устанавливается на роторный вал [2.10], сделанный из высокопрочной, термически обработанной стали вместе с упорными заплечиками ротора [2.21 / 2.22], расположенными слева и справа от него. Осевые каналы охлаждающего воздуха, имеющиеся в этих трёх компонентах роторного комплекта, используются для охлаждения ротора.

Медные стержни ротора находятся в прорезях центрального узла [2.20]. роторные стержни соединены с помощью спаянных короткозамкнутых колец по обоим концам центрального узла ротора.

Упорные заплечики [2.21 / 2.22] имеют круговые прорези в которые ввинчиваются балансовый вес [2.23]. Ротор динамически балансируется этими весами (минимальный балансовый класс полного ротора 0=2,5 мм/с в соответствии с VDI 2060).

2.2 Расчет параметров ТЭД электровоза «Узбекистан»

2.2.1 Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя

Как известно, выбор номинальной мощности тягового электродвигателя для его работы в повторно-кратковременном режиме может осуществляться четырьмя способами: по эквивалентному току; по эквивалентному моменту; по эквивалентной мощности; по эквивалентным потерям мощности. В первой части проекта [ 1 ] выбор мощности был выполнен по методу эквивалентной среднеквадратичной мощности. Поэтому для расчета эквивалентных параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя будем использовать значение среднеквадратичной мощности в качестве номинальной мощности РН.

Величина максимального фазного напряжения, подводимого к двигателю от статического преобразователя с явно выраженным звеном постоянного напряжения в режиме тяги, определяется по формуле:

(2.1)

где: Uкс - напряжение на токоприемнике, В;

UL - падение напряжения на реакторе фильтра, В;

UАИН - падение напряжения в статическом преобразователе, В.

Значения UL и UАИН выбираются в диапазоне 515В и окончательно уточняются в конце расчета после выбора основных параметров силовой элементной базы статического преобразователя.

Ток статора в номинальном режиме определяется как:

(2.2)

где: Рн - эквивалентная среднеквадратичная мощность, Вт;

cos - коэффициент мощности;

- коэффициент полезного действия.

Рекомендуемые значения коэффициента полезного действия для асинхронных двигателей выбираются по данным таблицы 1, а значение коэффициента мощности принимается равным:

для Рном = 1 - 100 кВт, 2р = 4 и 2р = 6, cos =

для Рном = 1 - 100 кВт, 2р = 2 и 2р = 8, cos = + 0,6*(2 - р) /

для Рном = 100 - 1000 кВт, 2р = 2 8, cos = - 0,03

Выбранное значение коэффициента полезного действия определяет величину потерь мощности и тепловое состояние двигателя для номинального режима работы. Суммарные потери мощности можно представить в виде:

Р = Р1 - РН - РДОБ = РЭ1 + РЭ2 + РМЕХ + РМАГ (2.3)

где: РЭ1 - электрические потери в меди статора;

РЭ2 - электрические потери в меди ротора;

РМЕХ - механические потери;

РМАГ - магнитные потери;

РДОБ =0,005 Р1- добавочные потери;

Р1 = Рн / - подведенная мощность.

Р = Р1 - РН - РДОБ = РЭ1 + РЭ2 + РМЕХ + РМАГ = 53,6 кВт

Принимаем ДPМЕХ = 5% от УДP = 2,7 кВт

Принимаем ДPМАГ = 15% от УДP = 8,1 кВт

Известно, что для тягового двигателя распределение потерь существенно зависит от режима его работы. Например, при пуске на малых скоростях и при большой силе тока потери в меди достигают 90% всех потерь, в то время как при максимальной скорости и невысокой силе тока механические потери и магнитные потери в стали достигают 40%. Поэтому для определения исходных параметров схемы замещения асинхронного двигателя первоначально зададим долевое распределение потерь мощности только для номинального режима работы, а затем при исследовании предельных режимов работы внесем соответствующие корректировки в эти параметры.

Добавочные (электрические и магнитные) потери РДОБ в АД составляют согласно ГОСТ 1828 0,5% от подводимой мощности Р1. При мощности отличной от номинальной, эти потери пересчитываются пропорционально квадрату тока нагрузки, а при изменении частоты вращения изменяются пропорционально отношению данной частоты вращения к ее номинальному значению.

Механические потери РМЕХ на трение в подшипниках, трение о воздух и вентиляцию составляют 5-10% от общей суммы потерь. Причем меньшие значения относятся к двигателям с независимой вентиляцией, а большие значения - к самовентилируемым двигателям.

Магнитные потери РМАГ для номинального режима принимаются примерно 15-20% от общей суммы потерь. Величина этих потерь зависит от питающей частоты, магнитных свойств и степени использования стали.

Суммарные электрические потери РЭ1 + РЭ2 составляют 70-80% от общей суммы потерь. Коэффициент пропорциональности между электрическими потерями в обмотках статора и ротора студенты задают самостоятельно, но не более чем 1 к 2 или 2 к 1.

Зная номинальный ток статора и электрические потери в обмотках статора можно определить активное сопротивление фазы статора.

(2.4)

Ом

Аналогичным образом, зная магнитные потери и электрические потери в обмотках ротора, можно определить эквивалентное магнитное сопротивление цепи намагничивания Rm и приведенное активное сопротивление ротора R2.

(2.5)

 Ом

Электромагнитная мощность, передаваемая посредством магнитного поля со статора на ротор, определяется как:

РЭМ = Р1 - РЭ1 -РМАГ (2.6)

РЭМ = 1079 - 21,4 - 8,1 = 1049,5 кВт

Часть электромагнитной мощности РЭМ теряется в роторе в виде электрических потерь РЭ2, а остальная часть преобразуется в механическую мощность, развиваемую на валу двигателя. Полезная (номинальная) РН мощность на валу двигателя меньше преобразованной (механической) РМЕХ мощности на сумму механических и добавочных потерь.

РМЕХ = РЭМ - РЭ2 = РН + РМЕХ + РДОБ (2.7)

Зная эти соотношения мощностей можно найти номинальное скольжение асинхронного двигателя.

(2.8)

Зная скорость выхода на автоматическую характеристику постоянства мощности (Work Speed), диаметр колеса и передаточное отношение редуктора определяем частоту вращения ротора двигателя в номинальном режиме.

 (2.9)

об/мин.

где: - передаточное отношение редуктора;

Vн - скорость выхода на автоматическую характеристику, км/ч;

Dк - диаметр колеса, м.

Аналогичным образом, находится частота вращения ротора при максимальной скорости движения поезда.

Частота вращения магнитного потока статора или синхронная частота вращения ротора асинхронного двигателя на холостом ходу определяется как:

(2.10)

об/мин.

Зная частоту вращения магнитного потока статора и задавшись числом пар полюсов асинхронного двигателя можно определить частоту напряжения источника питания (статического преобразователя). Число пар полюсов должно быть таким, чтобы максимальное значение частоты статического преобразователя при максимальной скорости движения подвижного состава находилось в диапазоне частот от 120 до 180 Гц.

(2.11)

Гц

Момент на валу двигателя в номинальном режиме определяется как:

 (2.12)

Для дальнейших расчетов параметров асинхронного двигателя необходимо принять значения тока короткого замыкания и тока холостого хода в номинальном режиме работы.

Ток короткого замыкания выбирается в диапазоне IКЗ = (5 - 7) · IН ;

Ток холостого хода выбирается в диапазоне I0 = (0,25 - 0,5) · IН .

В режиме холостого хода имеют место магнитные потери в стали и механические потери, которые остаются практически неизменными при изменении нагрузки двигателя. Эти потери называют потерями холостого хода:

РХХ = РМЕХ + РМАГ (2.13)

РХХ =2,7+8,1=10,8 кВт

В режиме короткого замыкания сумму электрических РЭ1, РЭ2 и добавочных потерь РДОБ называют потерями короткого замыкания.

РКЗ = РЭ1 + РЭ2 + РДОБ (2.14)

РКЗ =25,3+17,5+5,4=48,2кВт

Активная составляющая тока холостого хода определяется как:

(2.15)

 А

Так как ток холостого хода I0 содержит активную IОА и реактивную I составляющие, то мы можем определить реактивную (намагничивающую) составляющую тока холостого хода следующим образом:

(2.16)

А

Коэффициент мощности в режиме холостого хода определяется как:

(2.17)

Тогда приведенный ток ротора находим как:

(2.18)

А

Магнитные параметры асинхронного двигателя рассчитывается по величине ЭДС статора при номинальном напряжении источника питания.

(2.19)

В

где: КЕ - коэффициент рассеяния обмотки статора;

р - число пар полюсов асинхронного двигателя.

Приблизительное значение коэффициента рассеяния обмотки статора КЕ можно определить исходя для выбранных значений токов холостого хода и короткого замыкания.

(2.20)

Основной (главный) магнитный поток асинхронного двигателя создается намагничивающим током в катушке с индуктивным сопротивлением, равным индуктивному сопротивлению намагничивающей ветви.

(2.21)

Ом

Откуда находим индуктивность ветви намагничивания как:

(2.22)

Гц

Кроме основного магнитного потока, который сцепляется с обмотками статора и ротора, в асинхронном двигателе имеется еще два магнитных потока, называемых потоками рассеяния статора и ротора. Каждый из этих потоков рассеяния сцепляется лишь с собственной обмоткой и состоит он из нескольких составляющих: пазового рассеяния, рассеяния лобовых частей обмоток, дифференциального рассеяния и рассеяния от скоса пазов ротора. Наличие магнитных потоков рассеяния обусловливает индуктивности рассеяния, а следовательно, индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора.

Величину индуктивного сопротивления рассеяния статора можно определить как:

(2.23)

Ом

После нахождения индуктивного сопротивления рассеяния статора уточняем значение коэффициента С1 и сравниваем его с принятым ранее значением.

(2.24)

Индуктивное сопротивление рассеяния ротора Х2' для ориентировочных расчетов можно принять равным X1. Однако более точное значение рассеяния ротора Х2' можно найти, зная величину индуктивного сопротивления короткого замыкания ХКЗ и величину критического скольжения двигателя SК.

Хкз =Х1 +С1·Х2 (2.25)

Хкз =0,97+1,13·1,99=3,26 Ом

(2.26)

Величину критического скольжения асинхронного двигателя можно определить из известной формулы Клосса, задавшись значением перегрузочной способности двигателя Km.

(2.27)

где: Кm=Мmax/МH

- перегрузочная способность асинхронного двигателя при номинальной скорости (принимается по данным тягового расчета из первой части проекта с учетом запаса по статической перегружаемости);

- безразмерный коэффициент, значение которого, согласно [3], может находиться в диапазоне 0,6ч-2,5.

Определив, таким образом, индуктивное сопротивление рассеяния ротора Х2' находим индуктивность рассеяния ротора как:

(2.28)

 Гн

Серийные асинхронные двигатели обычно проектируют так, чтобы отношение X2' / X1= 1,0ч1,5 и, поэтому, у них сопротивление ХКЗ в 2ч2,5 раза больше сопротивления рассеяния статора Х1.

Для тягового асинхронного двигателя эти соотношения не всегда верны, так как основным критерием выбора его параметров будет реализация предельных режимов работы. Ограниченные возможности тягового двигателя в части наибольшего пускового момента объясняются малой величиной критического скольжения при его трогании с места. Наименьшая пусковая частота равна

(2.29)

Теоретически наибольшая пусковая частота существенно зависит от соотношения R1·(LM+L2') / R21 · (LM+L1). Причем к величине R1 должны быть дополнительно отнесены сопротивления соединительных проводов и внутреннее сопротивление преобразователя. В случае, когда соотношение

R1 · (LM+L21) / R21·(LM+L1) = 1,

наибольшая пусковая частота равна

(2.30)



где:

L R = LM+L2' -

полная индуктивность обмотки ротора.

у - коэффициент рассеяния обмоток АД, который в номинальном режиме работы тяговых двигателей должен находиться в пределах 0,06< у <0,1, а при максимальной скорости его величина увеличивается в 1,5ч2 раза.

...