Материал: Бакланов-9.67
На двенадцатиосных электровозах возможны четыре соединения ТД, однако практически используют только три (рис. 3.3, в).
Скорость движения на каждом из соединений ТД рассчитывают по формуле:
V |
U д i I |
д rд |
, |
(3.5) |
|
|
|||
i |
с v Ф |
|
|
|
|
|
|
|
где Uд i – напряжение на зажимах двигателя при соответствующем соединении ТД, рассчитанное по формулам (3.2) – (3.4);
i – индекс соединения (С, СП и П).
3.2.2. Количество характеристик, полученных путем изменения схемы соединения ТД, оказывается недостаточным для осуществления пуска и разгона электровоза, поэтому на ЭПС постоянного тока в цепь ТД на период пуска дополнительно включают реостат, сопротивление которого можно изменять ступенями; он называется пусковым (ПР).
Простейшая схема четырехосного электровоза с четырьмя ТД и ПР из трех резисторов (R1, R2 и R3) приведена на рис. 3.4. Эта схема позволяет получить три значения сопротивления: R1 + R2 + R3 – при выключенных контакторах КМ1, КМ2 и КМ3; R2 + R3 – при включенном контакторе КМ1; R3 – при включенных контакторах КМ1 и КМ2. Когда включены все контакторы, сопротивление ПР равно нулю.
|
КМ1 |
КМ2 |
КМ3 |
Uд |
|
|
ХА |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М1 |
М2 |
М1 |
М2 |
|
R1 |
R2 |
R3 |
|
Iд |
|
|
mIд |
|
|
|
|
|
|
|
ПР |
М3 |
М4 |
М3 |
М4 |
|
|
|
|
|
|
Iд
Рис. 3.4. Упрощенная схема четырехосного электровоза постоянного тока при параллельном соединении ТД
В реальных схемах электровозов резисторы, образующие пусковой реостат, включаются в параллельные ветви, число которых равно количеству параллельных ветвей ТД. Однако это не изменяет существа принципа регулирования.
15
Пусковой реостат в период разгона электровоза включен на каждом соединении ТД. Ступени сопротивления ПР выбирают на основании расчета исходя из допустимых бросков тока и силы тяги при переходе.
На отечественных грузовых электровозах предусмотрено 36 или 37 позиций, из которых три являются безреостатными и соответствуют соединениям С, СП и П при Rп = 0, а на остальных в цепи ТД включен реостат с определенной величиной сопротивления. Эти характеристики называют реостатными, длительное их использование для движения не допускается из-за наличия потерь мощности в ПР ( Р = I2Rп) и вследствие возможности значительного нагрева резисторов.
В курсовой работе необходимо рассчитать несколько реостатных характеристик для каждого соединения ТД при разных величинах сопротивления ПР в их цепи.
При включенном в цепь ТД резисторе напряжение на его зажимах Uд (см. рис. 3.4) будет меньше, чем при Rп = 0, на величину падения напряжения на резисторе U = IдRп.
В результате этого формула для расчета скорости (2.1) примет вид:
|
U |
|
mI |
R |
I r |
|
|
V |
|
д i |
д |
п |
д д |
, |
(3.6) |
|
|
сvФ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
где Uд i – напряжение, приходящееся на двигатель, рассчитанное по формулам (3.2), (3.3) или (3.4), на соответствующем соединении ТД, В;
R – общее сопротивление ПР, Ом;
п
m – количество параллельных ветвей ТД.
Для расчетов удобнее пользоваться формулой:
где
Rп
|
|
Uс |
I |
r |
R |
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|||||
|
|
|
д |
д |
|
|
|
|
|
V |
|
кi |
|
|
|
|
, |
(3.7) |
|
|
|
сvФ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
RmR – сопротивление ПP, приходящееся на один ТД.
пп
При |
нескольких параллельных ветвях резисторов в схеме ПР |
||
R |
m |
, где R |
– общее сопротивление реостата. |
|
|||
п |
к |
п |
|
|
|
|
16 |
Величину сопротивления на 1-й позиции (последовательное соединение ТД) Rп1 в курсовой работе определяют из условия: ток ТД равен номинальному значению Iд = Iд.н при скорости, равной нулю (V = 0). В действительности на реальных электровозах ток на 1-й позиции значительно меньше для ограничения броска силы тяги при пуске.
Из уравнения (3.7) следует, что напряжение на один ТД при V = 0 уравновешивается падением напряжения в его цепи:
|
|
|
|
Uд С = Iд. н(rд + Rп1), |
(3.8) |
|||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
R |
|
|
Uд С |
r . |
(3.9) |
|
|
|
|
п1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Iд. н |
д |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Величины сопротивлений Rп по позициям и их количество выбирают по |
|||||||||
табл. 3.1 в соответствии с заданием. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
|
|
|
Сопротивление ПР по позициям регулирования |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Соединение ТД |
|
|
|
|
Тип электровоза |
|
||||
|
позиции |
|
ПР на один ТД Rп, Ом |
|
позиции |
на один ТД Rп, Ом |
||||
|
|
восмьмиосный (nо = 8) |
|
|
|
шестиосный (nо = 6) или |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двенадцатиосный (nо = 12) |
|
|
|
номер |
|
сопротивление |
|
|
|
номер |
сопротивление ПР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
R1 по (3.9) |
|
|
|
|
1 |
R1 по (3.9) |
С |
|
2 |
|
R2 = 0,5 R1 |
|
|
|
2 |
R2 = 0,67 R1 |
|
|
3 |
|
R3 = 0 |
|
|
|
|
3 |
R3 = 0,33 R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
R4 = 0 |
|
|
4 |
|
R4 = R1 |
|
|
|
|
5 |
R5 = R1 |
СП |
|
5 |
|
R5 = 0,5 R1 |
|
|
|
6 |
R6 = 0,67 R1 |
|
|
6 |
|
R6 = 0 |
|
|
|
|
7 |
R7 = 0,33 R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
R8 = 0 |
|
|
7 |
|
R7 = 2 R1 |
|
|
|
|
9 |
R9 = R1 |
|
|
8 |
|
R8 = 0,75 R7 |
|
|
|
10 |
R10 = 0,67 R1 |
|
П |
|
9 |
|
R9 = 0,5 R7 |
|
|
|
11 |
R11 = 0,33 R1 |
|
|
|
10 |
|
R10 = 0,25 R7 |
|
|
|
12 |
R12 = 0 |
|
|
|
11 |
|
R11 = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
Расчет каждой скорости выполняют по уравнению (3.7), подставляя величину напряжения, соответствующую соединению ТД (Uд С и Uд П), и величину сопротивления ПР (Rп. р1, Rп. р2 и т. д.) на данной позиции регулирования. Расчет производят для значений токов, принятых ранее при расчете электромеханических характеристик (см. табл. 1.1).
Как следует из выражения (2.2), сила тяги ТД не зависит от Uд и Rп, а определяется величинами тока и магнитного потока, поэтому для всех рассмотренных способов регулирования силу тяги электровоза находят по формуле (3.1).
3.2.3. Рекомендуется следующий порядок расчета скоростей движения по позициям регулирования.
1. Приготовить итоговую таблицу по форме табл. 3.2, которая соответствует шестиили двенадцатиосному электровозу; безреостатными являются 4- я, 8-я и 12-я позиции. Для восьмиосного электровоза количество позиций будет равно 11, а распределение их по соединениям иное: соединение С – 1 ÷ 3 поз.
(Uд С = 375 В), СП – 4 ÷ 6 поз. (Uд СП = 750 В) и П – 7 ÷ 11 поз. (Uд П = 1500 В),
безреостатными позициями являются 3-я, 6-я и 11-я (см. табл. 3.1).
Таблица 3.2
Скорость движения и сила тяги электровоза постоянного тока по позициям
Соединение ТД |
|
|
|
С |
|
|
|
|
СП |
|
|
|
П |
|
|||||
Напряжение Uд, В |
|
|
500 |
|
|
|
1000 |
|
|
1500 |
|
||||||||
Номер позиции i |
|
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
10 |
|
11 |
12 |
||
Сопротивление ПР Rп, Ом |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|||
Ток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дви- |
Магнит- |
|
Сила тяги |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
га- |
ный поток |
|
электровоза |
|
|
|
|
Скорость движения V, км/ч |
|
|
|
||||||||
теля |
Ф, Вб |
|
Fк, кН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iд, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
|
6 |
|
7 |
8 |
9 |
|
10 |
11 |
12 |
13 |
|
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Расчет скоростей движения выполнить для тех же токов, что и при определении n, М, V и Fк. д для номинального напряжения Uд. н. Перенести значения токов, магнитных потоков и скоростей движения при Uд. н из табл. 1.1 в столбцы 1, 2 и 15 (или 14 для восьмиосного электровоза) табл. 3.2.
18
3.Для каждого значения тока рассчитать величины скорости для безреостатных позиций по формуле (3.5) и занести их в соответствующие столбцы табл. 3.2.
4.Для каждого значения тока рассчитать величины скорости по формуле (3.6) при разных значениях сопротивления Rп по позициям и занести их в соответствующие столбцы табл. 3.2.
5.Касательную силу тяги электровоза для каждого тока Iд рассчитать по уравнению (3.1). Значения Fк. д взять из табл. 1.1, а результат расчета занести в столбец 3 табл. 3.2.
Итоговая таблица содержит необходимые данные для построения тяговых характеристик электровоза Fк(V): касательную силу тяги электровоза Fк и соответствующую скорость движения V на каждой предусмотренной заданием позиции регулирования при нормальном возбуждении.
3.3.Расчет тяговых характеристик электровоза переменного тока
3.3.1.Регулирование режима работы ТД на ЭПС переменного тока имеет ряд особенностей по сравнению с ЭПС постоянного тока.
В электрическую цепь ТД на каждой позиции включены выпрямитель, часть вторичной обмотки трансформатора и ряд других элементов, создающих падение напряжения (см. рис. 3.2). Поэтому даже на одной позиции регулирования с увеличением тока, потребляемого ТД, происходит уменьшение напряжения на их зажимах:
Uд = Uд. о – Uп. р(Iд), |
(3.10) |
где Uд. о – напряжение на ТД при Iд = 0;
– падение напряжения в преобразователе (трансформатор, выпрямитель и другие элементы в цепи ТД).
Величина Uп. р изменяется по позициям регулирования, зависит от величины тока всех ТД, включенных параллельно, и определяется конкретными параметрами трансформатора, схемой включения его обмоток, параметрами выпрямительной установки (ВУ) и других элементов.
Зависимость Uд(Iд) называют внешней характеристикой выпрямительной
19