Исследование цепи управления тягового электрического двигателя электровоза "Узбекистон"

При испытаниях изоляции электрических цепей электровоза высоким напряжением все ремонтные работы прекращают, работников выводят, а электровоз ограждают с четырех сторон на расстоянии 2 м переносными знаками "Внимание! Опасное место". Для охраны переносных знаков выделяют не менее двух работников. Рамы испытуемого электровоза заземляют. Перед подачей испытательного напряжения подают звуковой сигнал и объявляют по громкоговорящей связи. Управляет испытательным агрегатом руководитель работ.

Кроме того, дополнительно разрешается:

проверять подачу песка под колеса;

обтирать нижнюю часть кузова;

осматривать механическое оборудование и производить его крепление, не залезая под кузов;

проверять давление в маслопроводе компрессора;

регулировать предохранительные клапаны воздушной системы;

производить уборку (кроме влажной) кабины, тамбуров и салонов;

проверять цепи электронной защиты под наблюдением мастера, при этом проверяющий должен находиться на резиновом коврике и иметь на руках резиновые перчатки;

вскрывать кожуха и настраивать регулятор давления.

4.4 Расчет электропневматического контактора

Исходные данные

1. Длительный ток контактов, I? .750 A

2. Номинальное напряжение на контактах, Uн 1200 В

3. Тепловая постоянная контактов, Ак 100 А2/мм·Н

Контактор предназначен для работы на ЭПС в цепях постоянного тока в качестве коммутационного аппарата. Характер нагрузки - индуктивный.

4.4.1 Расчёт нажатия ширины контактов

Расчёт ширины контактов bk

(4.24)

Расчёт нажатия контактов Qн

(4.25)

где

(4.26)

Расчёт контактного сопротивления Rk

(4.27)

где kн = 1,6·10-3 ОмН - коэффициент, зависящий от материала и конструкции контактов;

т = 0,75 - показатель степени, зависящий от типа контакта (точечный, линейный, поверхностный)

Расчёт предельного тока Iпр и тока плавления Iпл

где ДUстр = 0,11 В - падение напряжения на контакте, при котором достигается температура размягчения меди, равная 1900 C;

ДUпл = 0,44 В - падение напряжения на контакте, при котором достигается температура плавления меди 10830С

При рабочих перегрузках ток через контакты может достигать

При рабочих перегрузках ток через контакты может достигать 2I?, а при аварийных перегрузках - 10 I?. Соответственно должны выполняться условия Iпр > 2 I?, Iпл > 10 I? При нарушении этих условий нажатие контактов нужно увеличить

Iпр = 2064 ? 2·750 = 1500 A, Iпл = 10617 ? 10·750 = 7500 A

Расчёт мощности, рассеиваемой на контактах при токе, равном I? =750 А

4.4.2 Расчёт дугогасительного устройства

Расчёт конечной длины дуги lдк

lдк = 13·10-5·Uн (4.28)

гж = 2 I? =2-750 = 1500 A --разрываемый ток

lдк =13·10-5·1200 = 6,04 м

м2

где kun=0,8- коэффициент использования пространства, который учитывает форму дуги и зависит от типа камеры

Расчёт площади полюса камеры Sn

Sn = 0,6 * Sк = 0,6 * 1,824 = 1,0944 м2 (4.29)

Расчёт расстояния между полюсами lв

lв = (bк+2· bс +2· bз)·10-3 =(38 + 2·10 + 2·2) ·10-3 = 62·10-3=0,062 м (4.30)

где bс = 10 мм - толщина стенки камеры; bз = 2 мм -- зазор между контактом и стенкой. Расчёт числа витков дугогасительной катушки

(4.31)

(4.32)

где = 4 · р · 10-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха;

Н- напряжённость магнитного поля, А/м;

Вс = 0,01 Т- средняя индукция;

Fд - МДС дугогасительной катушки, А;

у = 1,8- коэффициент рассеяния рассматриваемой магнитной системы,

Расчёт сечения сердечника Sc

Средний магнитный поток в зазоре между полюсами

Фвс = Вс·Sп=0,01·1,0944=0,010944 (4.33)

Средний магнитный поток в сердечнике катушки

Фкс = Фвс·у = 0,010944·1,8 = 0,019699 (4.34)

Площадь поперечного сечения сердечника Sс должна быть достаточна для исключения насыщения стали (индукция насыщения стали Вн =0,2 Т) при предельном разрываемом токе

м2 (4.35)

Выбор высоты hш и толщины bш шины

Минимальное сечение шины

мм2 (4.36)

где jд = 6 А/ мм2 - принимаем в данной контрольной работе сечение шины, это значение является средним для шин толщиной 2 - 4 мм.

Затем выбирается стандартная шина, у которой сечение Sш наиболее близко к Sшм и Sш? Sшм

Фактическое сечение шины.

Sш=hш·bш=50·2,5=125 мм2, (4.37)

где hш=50 мм - высота шины, выбирается из значений стандартного ряда;

bш=2,5 мм - толщина шины.

4.4.3 Расчёт пневматического привода

Рис.4.1 Кинематическая схема электропневматического контактора 1 - подвижный рычаг; 2 - подвижный контакт



Рис. 4.2 Расчётная схема действующих сил при включенном контакторе

Рис. 4.3 Расчётная схема действующих сил при разрыве сварившихся контактов

Вывод расчётного в равнения и определение диаметра поршня dn

Qдв = 2,5Qтр+3 Q'н H, (4.38)

Сила трения зависит от диаметра поршня. Величина её (Н) рассчитывается по эмпирической формуле:

Qтр =5·103·dn H, (4.39)

где dn - диаметр поршня, м

Сила давления воздуха

H, (4.40)

где Pмин = 0,75· Pн, Па - минимальное рабочее давление сжатого воздуха, составляющее 75% от номинального давления Pн =5·105, Па для расчёта приведенной силы нажатия контактов принимаем типичное для контакторов соотношение плеч lн / lш = 1,2

Q'дв=1,2· Qдв=1,2·150=180 Н,

Q'дв=0,1· Q'дв=0,1·180=18 Н,

Рмин=0,75·Рн=0,75·5·105=3,75·105 Па,

Qдв=2,5·5·103dп+3· Q'дв

·0,75·5·103 =2,5·5·103 dn+3·180 0,94·рdn2·105 - 1,25·103dn - 540=0

dn1=0,061м dn2= - 0,048 м

Расчёт силы давления воздуха на поршень Qдв при минимальном рабочем давлении

Н (4.41)

Расчёт силы трения поршня Qтр

Qтр=5·103·dn=0,061·5·103=305 H (4.42)

Расчёт силы отключающей пружины в сжатом состоянии Qпк

Qпк = Qдв - Qтр - Q'в - Q'н =1095,37-305-18-180=592,37 Н (4.43)

Расчёт раствора контактов hp

Требуемый раствор контактов (м) зависит от номинального напряжения Uв (В)

hp=10-5·Uн=1200·10-5=12·10-3 м (4.44)

Расчёт хода поршня при включении аппарата hх

С учётом принятого ранее соотношения lш и lн ход поршня приближенно можно расчитать по формуле:

м (4.45)

Расчёт жёсткости отключающей пружины ж

Обычно h0=hx. Тогда требуемая жёсткость пружины определяется выражением

Н/м (4.46)

Полученные значения dn, ho, hx, ж являются исходными для определения размеров пружины, зная которые можно определить габариты цилиндра привода. В контрольной работе этот расчёт не производится

Расчёт начального натяжения отключающей пружины Qпн

Qпн=h0·ж=0,0183-16184,97 = 296,185 Н (4.47)

4.5 Расчёт электромагнитного контактора

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Сила нажатия контактов, Qн.25 Н

2. Длина катушки, h170 мм

3. Жёсткость отключающей пружины, ж1000 Н/м

4. Начальное натяжение отключающей пружины, Qон30 Н

5. Начальный воздушный зазор между якорем и

сердечником, д0.14 мм

6. Зазор между якорем и сердечником, при котором соприкасаются контакты,дс6 мм

7. Конечный зазор между якорем и сердечником, дк.1 мм

8. Изменение длины притирающий пружины в процессе притирания, Дln.0,008 м

9. Изменение длины отключающей пружины в процессе включения контактора, Дl00,01 м

10. Плечо силы электромагнитного притяжения, lм0,08 м

11. Плечо силы отключающей пружины, l00,072 м

12. Плечо силы притирающей пружины, ln.0,06 м

13. Диаметр сердечника в воздушном зазоре, dc0,06 м

14. Максимальный диаметр витка катушки, D0,075 м

15. Минимальный диаметр витка катушки, d0,035 м

4.5.1.Расчёт механической характеристики контактора

Расчёт начального натяжения Qпн и жёсткости жп притирающей пружины

Для расчёта используются формулы

Qн= Qпк, Qнк= Qпн+Дln ·жп

и принимается

Qпн=7· Qпк=0,7·25=17,5 Н (4.48)

где Qп= Qпк=25 Н, lн= ln=0,06 м

Сила притирающей пружины в конечном (сжатом) состоянии

Qпк= Qпн+ Дln·жп, (4.49)

где Qпн - начального натяжение притирающей пружины;

Дln - изменение длины притирающий пружины в процессе притирания;

жп - жёсткость притирающей пружины

Н/м

Расчёт приведенных сил притирающей пружины Q'пн, Q'пк

Н (4.50)

Н (4.51)

Расчёт приведенных сил отключающей пружины Q'он, Q'ок

Сила отключающей пружины в конечном (сжатом) состоянии

Qок= Qон+ Дlо·жо, (4.52)

где Qон - начальное натяжение отключающей пружины;

Дlо - изменение длины отключающей пружины в процессе включения контактора;

жо - жесткость отключающей пружины

Рис.4.4 Расчётные схемы сил, действующих на рычаги включенного (а) и выключенного (б) электромагнитного контактора

Рис.4.5 Электромагнитный привод

Qок= 30+ 0,01·100=40 Н

Н

Н

Расчёт точек механической характеристики Qсо, Qсс, Qск

Qсо= Q'он=27 Н

(4.53)

H

Qcк= Q'ок+ Q'пк=36+18,75=54,75 Н

Qмо ? Qcо=27 Н

Qмс ? Qcс = 48,81 Н

Qмк ? Qcк + QЯСмин = 54,75+50=104,75 Н

Расчёт минимальной намагничивающей силы Fмин

м2 (4.54)

А, (4.55)

где Qм - электромагнитная сила, Н;

м0 =4р·10-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха;

F - МДС катушки, А;

д - воздушный зазор, м;

Sд - площадь сердечника в воздушном зазоре, м2

Таблица 4.4

д, мм	1	2	4	6	8	14
F, A	455,29	821,96	1339,2	1734,1	1734,1	1734,81

Расчёт точек тяговой характеристики при Fмин

Qм=13,5· Qмо=13,5·27=364,5 Н (4.56)

Таблица 4.5

д, мм	1	2	4	6	8	14
Qм/ Qмо	13,5	11	7,3	5,44	3,06	1
Qм, Н	364,5	297	197,1	146,88	82,62	27

Построение механической характеристики и тяговой характеристики при Fмин

Рис.4.6 Построение механической характеристики электромагнитного контактора



Рис.4.7 Согласование механической и тяговой характеристики

4.5.2 Расчёт катушки электромагнитного контактора

Расчёт средней длины витка катушки lср

lср=0,5р(D+d)=0,5·3,14·(0,075+0,035)=0,17 м (4.57)

где D - максимальный диаметр витка, м

d - минимальный диаметр витка, м

Определение расчётного сечения обмоточного провода gp

, (4.58)

где смакс=0,0225 Ом·мм2/м - удельное сопротивление меди при максимально допустимой температуре катушки;

Uмин=0,6·Uн=0,6·50=30 В

мм2

Выбор диаметра провода dnp и его сечения gпр

Из таблицы 4 методических указаний выбираем диаметр и сечение провода dnp=0,53 мм, gпр=0,22 мм2

Расчёт площади окна катушки S0

S0=0.5(D - d)h, (4.59)

где h - длина катушки, мм;

D, d - максимальный и минимальный диаметр витка, мм

S0=0.5·(75 - 35)·200=4000 мм2

Расчёт числа витков катушки w

(4.60)

где kз=0,7 - коэффициент заполнения обмоточного пространства медью, для проводов с dпр=0,3 - 1,2 мм и эмалевой изоляцией

Расчёт сопротивления катушки R

, (4.61)

где с - удельное сопротивление меди при максимально допустимой температуре катушки, Ом·мм2/м;

g - сечение обмоточного провода, мм2;

lср - средней длины витка катушки, м

Ом

Расчёт максимальной мощности катушки Рмах

 (4.62)

где Umax=1,1· Uн=1,1·50=55 В

Вт

Расчёт допустимой плотности тока в катушке jдоп

А/мм2 (4.63)

Расчёт фактической плотности тока в катушке j

А/мм2 (4.64)

В данной работе (пункт 4.4 и 4.5) рассчитав фактическую и допустимую плотность тока при сравнение плотности тока делаем заключение, что катушка будет работать в нормальном режиме без перегрева.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации осуществлено решение задачи разработки и исследования цепы управления тягового электрических двигателей, а также расчёты и характеристики. Изучены эксплуатационных показателей электровоз «Ўзбекистон», конструкция принципы работы и особенности их проектирования в увязке с пускорегулирующим устройством трехфазного асинхронного тягового электрического двигателя.

Проведен анализ современного состояния и проблемы совершенствования системы цепы управления электровозов, показано, что в настоящее время остро возникла необходимость в разработке, исследовании и внедрении новых и перспективных частотных электроприводов с асинхронными приводными двигателями, отличающийся повышенной надежностью, плавным регулированием производительности и энергосберегающим режимом.

Рассмотрены характеристики, принципы работы и управления тяговых асинхронных двигателей с питанием от преобразователя частоты. Осуществлена разработка новой системы частотно-регулируемого электропривода: определен базовый вариант регулируемого асинхронных электроприводов с учетом реальных электрических нагрузок и технических характеристик магистральных электровозов.

Показано, что для обеспечения повышенной надежности, плавного регулирования производительности и энергосберегающего режима, может быть предпочтительней в плане реализации тиристорных схем инвертора с бестоковой коммутацией, т.е. схема преобразователя частоты с комбинированной транзисторно-тиристорной структурой.

Проведен анализ электромагнитных и электромеханических процессов в электроприводе по структурной схеме “инвертор напряжения - асинхронный двигатель”.

Изучен вопрос использования преобразователя частоты в электроприводах для тяговых машин электровозов переменного и постоянного тока.

В качестве первого примера показана принципиальная схема электрических цепей тягового электрического двигателя электровоза при работе на переменном токе. Четырехквадрантный преобразователь, подключенный к тяговым обмоткам трансформатора, работает на фильтр звена постоянного тока. Нагрузкой фильтра является комбинированный транзисторно-тиристорный преобразователь частоты, питающий асинхронные тяговые двигатели.

Полученные результаты рекомендуется использовать при модернизации электрической части тяговых электрических машин существующих электровозов и проектировании частотно-регулируемых асинхронных электротяговых двигателей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каримов И.А. Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана. / И.А. Каримов.- Т.: Узбекистан, 2009.- 48 с.

2. Каримов И.А. “Узбекистан по пути углубления экономических реформ” - Т.: Узбекистан, 1995, с.220-221.

3. Указ Президента Республики Узбекистан от 7 ноября 1994г. № УП 982 “Об образовании государственной акционерной железнодорожной компании “Узбекистон темир йуллари”.

4. Указ Президента Республики Узбекистан от 2 марта 2001г. № УП 2815 “О мерах по демонополизации и акционированию железнодорожного транспорта”.

5. Абдуллаев А. А. и др. Автоматизация магистральных газопроводов за рубежом, М., Гостоптехиздат, 1962.

6. Авакьянц С. Д. Расчёт характеристик трехфазного последовательного инвертора, «Изв. вузов», Электромеханика, 1962. №1

7. Авдеенкова Л. М. Корольков Н. В. Анализ работы ферритдиодных элементов для цифровых вычеслительных машин, М., ГЭИ, 1962.

8. Андреев В. П. Сабинин Ю. А. Основы электропривода, М.- Л., ГЭИ, 1963

9. Бамдас А. М., Кулинич В. А Шарипов С. В. Статические электромагнитные преобразователи частоты числа фаз, М., ГЭИ, 1961.

10. Бонч-Бруевич А. М. Применение электронных ламп в экспериментальной физике, М., Связьиздат, 1955.

11. Булгаков А. А. Закон экономического регилирования электрических машин, «Электричество», 1956, № 10.

12. Тихменев Б.Н., Трахтман J1.M. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. -- М.: Транспорт, 1980. -- 471 с.

13. Тихменев Б.Н., Кучумов В. А. Электровозы переменного тока с ти- ристорными преобразователями. -- М.: Транспорт, 1988. -- 311с.

14. Проектирование систем управления электрическим подвижным составом / Под ред. Ротанова Н.А. -- М.: Транспорт, 1986. -- 327 с.

15. Плакс А.В., Мазнев А. С. Расчет систем управления электрическим подвижным составом. -- Л.: ЛИИЖТ, 1986. -- 73 с.

16. Магистральные электровозы. Электрические аппараты, полупроводниковые преобразователи, системы управления / Под ред. В.И. Бочарова, Б.А. Тушканова. -- М.: Энергоатомиздат, 1994. -- 384 с.

17. Солодунов A.M., Инъков Ю.М., Коваливкер Г.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными двигателями. -- Рига: Зинатне, 1991. -- 351 с.

18. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями / Под ред. Н.А. Ротанова. -- М.: Транспорт, 1991. -- 336 с.

19. Захарченко Д.Д. Тяговые электрические аппараты. -- М.: Транспорт, 1991. --247 с.

20. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи.--М.: Транспорт, 1999. -- 464 с.

21. Литовченко В.В. 4q-S -- четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока. Известия ВУЗов. Электромеханика. № 3. 2000. С. 64--73.

22. Сидоров Н. Н. Расчет характеристик пуска и торможения при замедленном переходе групповых контакторов с позиции на позицию. «Техника железных дорог» № 7,1953.

23. Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации / Под ред. Б. А. Тушканова. -- М.: Транспорт, 1985. -- 541 с.

24. Электровоз ВЛ80С. Руководство по эксплуатации / Н.М. Васько, А.С. Девятков, А.Ф. Кучеров и др. -- М.: Транспорт, 1990. -- 454 с.

25. Дубровский З.М., Попов В.И., Тушканов Б.А. Грузовые электровозы переменного тока / Справочник. -- М.: Транспорт. 1991. -- 471 с.

26. КарасевИ.И., РатомскшлЛ.П. Машинисту об электровозе ЧС-7.-- М.: Транспорт, 1994. -- 223 с.

27. Электровоз ВЛЮ. Руководство по эксплуатации. -- М.: Транспорт, 1975. -- 520 с.

28. Электровоз BJl 11м. Руководство по эксплуатации. -- М.: Транспорт, 1994. -- 416 с.

29. Савичев H.B. Машинисту об электровозе BJI15. СП-б, 2002. -- 157 с.

30. Электровоз BJI85. Руководство по эксплуатации / Тушканов Б.А., Пушкарев Н.Г., Позднякова JI. А. и др. --М.: Транспорт, 1994. -- 416с.

31. Особенности конструкции и управления электровоза BJI65 / Кравчук В.В., Поддавашкин А.С., Кулинич Ю.М., Дениско Н.П., Бинецкий Ю.Н. ДВГАПС, Хабаровск, 1997. -- 133 с.

32. Лещев A.M., Тюринова Л.К., Ковалев А.И. Магистральный электро- возЭП1. Описание электрических цепей//Локомотив.№2.1999.-С. 6--11.

33. Тихминёв Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрических железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980.

34. Методические указания на контрольную работу. Тяговые электрические аппараты. Москва - 1988 г.

35. http://www.senat.gov.uz/

36. http://www.exponenta.ru/

Размещено на Allbest.ru

...