5.15. Расчет системы тягового электроснабжения по мощностной характеристике электропотребления подвижного состава

Как известно основными режимами движения поезда являются: режим тяги - движение с потреблением мощности из СТЭ; режим выбега - движение без потребления мощности и торможение. При электрическом торможении в расчетах рассматриваются режимы генерации электрической мощности в СТЭ.

В соответствии с законом сохранения энергии должен обеспечиваться баланс между электроэнергией, потребленной из СТЭ (W_ТП) и механической энергией, расходуемой на тягу поездов (W_А) с учетом потерь в электроэнергии в СТЭ (∆W) и генерированной (рекуперированной) электроэнергией (W_p):

. (5.42)

При использовании в расчетах мгновенных схем, и на основании того, что энергия и мощность взаимосвязаны, как: , предыдущее уравнение можно представить как баланс мощностей:

. (5.43)

Далее, с одной стороны мощность P_A=P_ЭПС, потребляемая из СТЭ определяется как произведение тока электроподвижного состава I на напряжение U на токоприемнике ЭПС :

. (5.44)

С другой стороны, механическая мощность P_A равна произведению силы тяги F на скорость движения V:

. (5.45)

С учетом того, что для двигателей постоянного тока с характеристиками сФ, питающий ток I пропорционален силе тяги F , а приложенное напряжение U пропорционально скорости V , т.е.:

. (5.46)

Из баланса электрической Р_эпс и механической P_A получается параметрическое тождество:

. (5.47)

На основании полученного тождества доказано, что для точной оценки расхода электроэнергии ЭПС, получаемой из СТЭ, расчет необходимо производить только по мощности, измеряя не только ток нагрузки, но и напряжение на токоприемнике ЭПС.

Мощностная характеристика задается аналогично токовой, то есть для каждого типа поезда и для каждого направления движения поездов. Она может быть получена в результате проведения тяговых расчетов или по результатам экспериментальных поездок с динамометрическим вагоном для поезда какой-либо нормированной массы m₀.

Поскольку работа A по перемещению тела в пространстве равна сумме изменения его кинетической Е_К и потенциальной Е_П энергии:

. (5.48)

Они же, в свою очередь пропорциональны массе этого тела:

. (5.49)

Таким образом, для получения тяговой характеристики поезда массы m_i отличной от нормированной достаточно увеличить или уменьшить амплитуду исходной энергетической характеристики пропорционально отношению масс:

. (5.50)

Для получения характеристики поезда со скоростью отличной от заданной амплитуда мощности изменяется пропорционально отношению скоростей.