8. Расчет нагрева тяговых электродвигателей
При определении веса поезда наибольшую силу тяги принимают с учетом ограничения по коммутации тяговых электродвигателей или по сцеплению колес с рельсами. Однако, кроме этих ограничений, необходимо учитывать еще и ограничения по использованию мощности или нагреванию тяговых двигателей.
Части тяговых электродвигателей, изолированных материалами различных классов, можно нагревать до разных температур. Изоляция класса В является менее теплостойкой. Большей теплостойкостью обладает изоляция класса F. Еще более устойчива и надежна в работе при повышенных температурах – изоляция класса H.
В зависимости от класса изоляции в ПТР для полезной работы установлены следующие предельные температуры нагрева обмоток тяговых электродвигателей, которые приведены в таблице 8.1
Таблица 8.1
Допускаемые превышения
температур обмоток ТЭД
-
ОБМОТКИ
для класса изоляции
В
F
H
ОБМОТКИ ЯКОРЯ
120
140
160
ОБМОТКИ ПОЛЮСОВ
130
155
180
Исходя из закона нагревания однородного
тела, превышение температуры
тяговых
электродвигателей или главных генераторов
при нормальных для данной машины условиях
охлаждения определяют аналитически по
упрощенной формуле:
(8.1)
где Т – тепловая постоянная времени электрической машины, мин, соответствующая такому условному времени, в течении которого нагрелась бы обмотка тягового электродвигателя до установившейся температуры при полном отсутствии теплоотдачи;
- начальное превышение
температуры для расчетного промежутка
времени. ˚С.
Данная формула справедлива при условии
Постоянная времени Т и установившееся превышение температуры, являются тепловыми параметрами данной обмотки тягового электродвигателя. При расчете нагревания электродвигателя на втором отрезке за начальное превышение температуры принимают превышение температуры , которое он имеет в конце первого отрезка. Расчет превышения температур тягового электродвигателя или генератора на последующих участках выполняют аналогично. При следовании локомотива без тока на выбеге или при использовании автоматических тормозов превышение температуры на данном участке определяют по формуле:
(8.2)
в случае применения на электроподвижном составе электрического торможения расчет выполняют обычным порядком, как и при следовании в тяговом режиме.
Пример:
для определения превышения температуры подсчитаем среднее значение тока ТЭД Iдср (как в режиме тяги так и электрического торможения) на каждом отрезке, ограниченного точками излома кривой скорости υ(S).
Соответствующие данные заносим в таблицу 8.2 (движение без остановки на промежуточной станции) и 8.3 (с остановкой на промежуточной станции).
определяем промежутки времени Δt по кривой времени t(S), за которые электровоз следовал без тока Iдср = 0. Соответствующие данные заносим в таблицу 8.2 и 8.3.
далее по тепловым характеристикам обмотки ТЭД НБ-418К (ПТР) определяем установившиеся температуры нагрева τ∞ при соответствующем Iдср. Данные заносим в таблицы 8.2 и 8.3.
после проверяем выполнение условия для всех отрезков времени Δt. Тепловая постоянная времени ТЭД НБ-412К Т = 23 мин. Для примера покажем разбиение участка 81-91 кривой тока Iд(S):
Δt = мин,
очевидно, условие выполняется
Дальнейшие расчеты ведем подобным образом.
Максимально допустимое превышение температур обмотки якоря ТЭД НБ-412К составляет 120 ºС, см. таблицу 8.1. найдем значение наибольшей температуры нагрева обмоток якоря нашего ТЭД по формуле:
где τ – наибольшее значение превышения температуры обмотки якоря, полученное из тяговых расчетов;
kсз – коэффициент, учитывающий снегозащиту, летом kсз = 1;
kнв – коэффициент приведения превышения температуры обмоток якоря к расчетной температуре окружающего воздуха, kнв = 0,99.
После заполнения таблиц 8.2 и 8.3 наибольшее значение превышения температуры обмотки якоря ТЭД в обоих случаях движения составил τ = 31,48ºС.
Найдем наибольшую температуру нагрева обмотки якоря:
Таблица 8.2
Расчет нагрева ТЭД при движении без остановки на станции
|
№ участка |
Iдн |
Iдк |
Iдср |
dt |
τ∞ |
dt/T |
1-dt/T |
τ∞ dt/T |
τ0(1-dt/T) |
τ |
А |
А |
А |
мин |
˚С |
|
|
|
˚С |
˚С |
||
тяга |
0-1 |
1240 |
1240 |
1240 |
1,1 |
260 |
0,05 |
0,95 |
12,43 |
19,04 |
31,48 |
выбег |
0 |
0 |
0 |
2,2 |
0 |
0,10 |
0,90 |
0,00 |
18,09 |
18,09 |
|
0 |
0 |
0 |
0,6 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,48 |
19,48 |
||
0 |
0 |
0 |
0,8 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,30 |
19,30 |
||
0 |
0 |
0 |
0,8 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,30 |
19,30 |
||
0 |
0 |
0 |
0,9 |
0 |
0,04 |
0,96 |
0,00 |
19,22 |
19,22 |
||
0 |
0 |
0 |
0,4 |
0 |
0,02 |
0,98 |
0,00 |
19,65 |
19,65 |
||
0 |
0 |
0 |
2,2 |
0 |
0,10 |
0,90 |
0,00 |
18,09 |
18,09 |
||
0 |
0 |
0 |
1,7 |
0 |
0,07 |
0,93 |
0,00 |
18,52 |
18,52 |
||
тяга |
2-3 |
385 |
370 |
377,5 |
0,4 |
30 |
0,02 |
0,98 |
0,52 |
19,65 |
20,17 |
4-5 |
500 |
470 |
485 |
0,6 |
50 |
0,03 |
0,97 |
1,30 |
19,48 |
20,78 |
|
5-6 |
470 |
455 |
462,5 |
0,8 |
47 |
0,03 |
0,97 |
1,63 |
19,30 |
20,94 |
|
6-7 |
455 |
440 |
447,5 |
0,7 |
45 |
0,03 |
0,97 |
1,37 |
19,39 |
20,76 |
|
7-8 |
440 |
465 |
452,5 |
0,5 |
46 |
0,02 |
0,98 |
1,00 |
19,57 |
20,57 |
|
8-9 |
465 |
510 |
487,5 |
0,6 |
51 |
0,03 |
0,97 |
1,33 |
19,48 |
20,81 |
|
9-10 |
510 |
555 |
532,5 |
0,25 |
60 |
0,01 |
0,99 |
0,65 |
19,78 |
20,43 |
|
10-11 |
555 |
630 |
592,5 |
0,3 |
67 |
0,01 |
0,99 |
0,87 |
19,74 |
20,61 |
|
11-12 |
630 |
700 |
665 |
0,3 |
70 |
0,01 |
0,99 |
0,91 |
19,74 |
20,65 |
|
|
12-13 |
700 |
800 |
750 |
0,3 |
90 |
0,01 |
0,99 |
1,17 |
19,74 |
20,91 |
13-14 |
800 |
850 |
825 |
0,3 |
110 |
0,01 |
0,99 |
1,43 |
19,74 |
21,17 |
|
15-16 |
700 |
650 |
675 |
1,1 |
71 |
0,05 |
0,95 |
3,40 |
19,04 |
22,44 |
|
16-17 |
650 |
630 |
640 |
1 |
68 |
0,04 |
0,96 |
2,96 |
19,13 |
22,09 |
|
17-18 |
630 |
640 |
635 |
1,2 |
68 |
0,05 |
0,95 |
3,55 |
18,96 |
22,50 |
|
18-19 |
640 |
435 |
537,5 |
2,9 |
60 |
0,13 |
0,87 |
7,57 |
17,48 |
25,04 |
|
выбег |
0 |
0 |
0 |
1,3 |
0 |
0,06 |
0,94 |
0,00 |
18,87 |
18,87 |
|
0 |
0 |
0 |
1,3 |
0 |
0,06 |
0,94 |
0,00 |
18,87 |
18,87 |
||
0 |
0 |
0 |
1,2 |
0 |
0,05 |
0,95 |
0,00 |
18,96 |
18,96 |
||
рекуп |
0-1 |
560 |
535 |
547,5 |
0,7 |
53 |
0,03 |
0,97 |
1,61 |
19,39 |
21,00 |
2-3 |
650 |
600 |
625 |
1,9 |
75 |
0,08 |
0,92 |
6,20 |
18,35 |
24,54 |
|
4-5 |
670 |
730 |
700 |
2,9 |
80 |
0,13 |
0,87 |
10,09 |
17,48 |
27,57 |
|
5-6 |
730 |
630 |
680 |
1,5 |
75 |
0,07 |
0,93 |
4,89 |
18,70 |
23,59 |
|
7-8 |
530 |
430 |
480 |
2,3 |
50 |
0,10 |
0,90 |
5,00 |
18,00 |
23,00 |
|
выбег |
0 |
0 |
0 |
1,6 |
0 |
0,07 |
0,93 |
0 |
18,61 |
18,61 |
|
Таблица 8.2
Расчет нагрева ТЭД при движении c остановкой на станции
|
№ участка |
Iдн |
Iдк |
Iдср |
dt |
τ∞ |
dt/T |
1-dt/T |
τ∞ dt/T |
τ0(1-dt/T) |
τ |
А |
А |
А |
мин |
˚С |
|
|
|
˚С |
˚С |
||
тяга |
0-1 |
1240 |
1240 |
1240 |
1,1 |
260 |
0,05 |
0,95 |
12,43 |
19,04 |
31,48 |
выбег |
0 |
0 |
0 |
2,2 |
0 |
0,10 |
0,90 |
0,00 |
18,09 |
18,09 |
|
0 |
0 |
0 |
0,6 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,48 |
19,48 |
||
0 |
0 |
0 |
0,8 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,30 |
19,30 |
||
0 |
0 |
0 |
0,8 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,30 |
19,30 |
||
0 |
0 |
0 |
0,9 |
0 |
0,04 |
0,96 |
0,00 |
19,22 |
19,22 |
||
0 |
0 |
0 |
0,4 |
0 |
0,02 |
0,98 |
0,00 |
19,65 |
19,65 |
||
0 |
0 |
0 |
2,2 |
0 |
0,10 |
0,90 |
0,00 |
18,09 |
18,09 |
||
0 |
0 |
0 |
1,7 |
0 |
0,07 |
0,93 |
0,00 |
18,52 |
18,52 |
||
тяга |
2-3 |
385 |
370 |
377,5 |
0,4 |
30 |
0,02 |
0,98 |
0,52 |
19,65 |
20,17 |
4-5 |
500 |
470 |
485 |
0,6 |
50 |
0,03 |
0,97 |
1,30 |
19,48 |
20,78 |
|
5-6 |
470 |
455 |
462,5 |
0,8 |
47 |
0,03 |
0,97 |
1,63 |
19,30 |
20,94 |
|
6-7 |
455 |
440 |
447,5 |
0,7 |
45 |
0,03 |
0,97 |
1,37 |
19,39 |
20,76 |
|
7-8 |
440 |
465 |
452,5 |
0,5 |
46 |
0,02 |
0,98 |
1,00 |
19,57 |
20,57 |
|
8-9 |
465 |
510 |
487,5 |
0,6 |
51 |
0,03 |
0,97 |
1,33 |
19,48 |
20,81 |
|
9-10 |
510 |
555 |
532,5 |
0,25 |
60 |
0,01 |
0,99 |
0,65 |
19,78 |
20,43 |
|
10-11 |
555 |
630 |
592,5 |
0,3 |
67 |
0,01 |
0,99 |
0,87 |
19,74 |
20,61 |
|
11-12 |
630 |
700 |
665 |
0,3 |
70 |
0,01 |
0,99 |
0,91 |
19,74 |
20,65 |
|
12-13 |
700 |
800 |
750 |
0,3 |
90 |
0,01 |
0,99 |
1,17 |
19,74 |
20,91 |
|
13-14 |
800 |
850 |
825 |
0,3 |
110 |
0,01 |
0,99 |
1,43 |
19,74 |
21,17 |
|
15-16 |
700 |
650 |
675 |
1,1 |
71 |
0,05 |
0,95 |
3,40 |
19,04 |
22,44 |
|
16-17 |
650 |
630 |
640 |
1 |
68 |
0,04 |
0,96 |
2,96 |
19,13 |
22,09 |
|
17-18 |
630 |
640 |
635 |
1,2 |
68 |
0,05 |
0,95 |
3,55 |
18,96 |
22,50 |
|
Выбег |
0 |
0 |
0 |
1,1 |
0 |
0,05 |
0,95 |
0,00 |
19,04 |
19,04 |
|
0 |
0 |
0 |
1,2 |
0 |
0,05 |
0,95 |
0,00 |
18,96 |
18,96 |
||
0 |
0 |
0 |
1,2 |
0 |
0,05 |
0,95 |
0,00 |
18,96 |
18,96 |
||
0 |
0 |
0 |
0,7 |
0 |
0,03 |
0,97 |
0,00 |
19,39 |
19,39 |
||
0 |
0 |
0 |
0,5 |
0 |
0,02 |
0,98 |
0,00 |
19,57 |
19,57 |
||
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0,04 |
0,96 |
0,00 |
19,13 |
19,13 |
||
тяга |
0-1 |
1240 |
1240 |
1240 |
1,1 |
260 |
0,05 |
0,95 |
12,43 |
19,04 |
31,48 |
выбег |
0 |
0 |
0 |
0,4 |
0 |
0,02 |
0,98 |
0,00 |
19,65 |
19,65 |
|
0 |
0 |
0 |
2,2 |
0 |
0,10 |
0,90 |
0,00 |
18,09 |
18,09 |
||
тяга |
2-3 |
1240 |
1240 |
1240 |
1,5 |
260 |
0,07 |
0,93 |
16,96 |
18,70 |
35,65 |
3-4 |
1240 |
770 |
1005 |
0,2 |
150 |
0,01 |
0,99 |
1,30 |
19,83 |
21,13 |
|
4-5 |
770 |
650 |
710 |
0,15 |
73 |
0,01 |
0,99 |
0,48 |
19,87 |
20,35 |
|
5-6 |
650 |
490 |
570 |
0,5 |
64 |
0,02 |
0,98 |
1,39 |
19,57 |
20,96 |
|
6-7 |
490 |
435 |
462,5 |
0,4 |
50 |
0,02 |
0,98 |
0,87 |
19,65 |
20,52 |
|
рекуп |
0-1 |
560 |
535 |
547,5 |
0,7 |
53 |
0,03 |
0,97 |
1,61 |
19,39 |
21,00 |
2-3 |
650 |
600 |
625 |
1,9 |
75 |
0,08 |
0,92 |
6,20 |
18,35 |
24,54 |
|
4-5 |
670 |
730 |
700 |
2,9 |
80 |
0,13 |
0,87 |
10,09 |
17,48 |
27,57 |
|
5-6 |
730 |
630 |
680 |
1,5 |
75 |
0,07 |
0,93 |
4,89 |
18,70 |
23,59 |
|
7-8 |
530 |
430 |
480 |
2,3 |
50 |
0,10 |
0,90 |
5,00 |
18,00 |
23,00 |
|
выбег |
0 |
0 |
0 |
1,6 |
0 |
0,07 |
0,93 |
0 |
18,61 |
18,65 |
|
ВЫВОД
Проделав всю работу, можно сделать
некоторые выводы. Поезд весом 2700 т
провели по участку длиной 38,3 км. Выполнив
проверку веса при трогании с места и по
длине приемоотправочных путей, мы
выяснили, что этот состав можно пустить
по данному участку, т.к. он сможет
тронуться с места, а так же на расчетном
подъеме и вписывается во все станции.
В данном курсовом проекте выбрана
расчетная скорость по ПВ руководствуя
тем что бы обеспечить максимально
наибольшую силу тяги. Кроме того, наличие
остановки также влияет на среднетехническую
скорость, в чем мы убедились, сделав
специальные расчеты: при безостановочном
движении среднетехническая скорость
составила 61,1 км/ч, а при движении с
остановкой – 52,2 км/ч. Однако, что касается
расхода электроэнергии, то при движении
без остановки он оказался меньше, чем
при движении с остановкой: в первом
случае удельный расход составил 76,46
),
во втором –
.
Большую роль здесь сыграл расчетный подъем, на котором расход электроэнергии оказался очень большим. Таким образом, мы убедились, что крутизна и протяженность уклонов в значительной степени влияет на количество потребляемой электроподвижным составом электрической энергии. Для уменьшения расхода электроэнергии нужно проводить работы по снижению сил основного сопротивления движению, в частности снижение массы тары вагонов, перевод вагонов с подшипников скольжения на роликовые подшипники, придание подвижному составу обтекаемой формы.
Нагрев обмотки якоря ТЭД получился меньше допустимого, что свидетельствует о возможности увеличения токов.