4.2. Расчет параметров обмоток тягового трансформатора и внешних характеристик выпрямительной установки электровоза

1) Построение внешних характеристик выпрямительной установки для всех ступеней контакторного ступенчатого регулирования или по границам зон для плавного зонно-фазового регулирования требует знания значений напряжения холостого хода по всем ступеням или зонам. Эти значения могут быть определены по данным тягового трансформатора на основании схемы соединения обмоток на всех позициях. В связи с этим требуется рассчитать параметры обмоток тягового трансформатора.

В ходе выполнения расчетов следует учитывать тот факт, что тяговые трансформаторы электровозов со ступенчатым и плавным регулированием существенно различаются между собой по числу и конструкции вторичных тяговых обмоток даже при питании одинакового количества тяговых двигателей. Это различие обусловливает некоторые особенности в расчете параметров обмоток тяговых трансформаторов [3].

2) Напряжение холостого хода вторичной обмотки тягового трансформатора на высшей ступени регулирования определяют по формуле:

. (4.10)

3) Число витков вторичной обмотки тягового трансформатора рассчитывают по уравнению:

, (4.11)

где е_о = 20 ÷ 25 В/виток – ЭДС витка вторичной обмотки тягового трансфор­матора.

Путем подбора значения е_о следует добиться целого числа витков ω₂.

4) Рассчитать параметры обмоток тягового трансформатора электровоза.

Вторичная обмотка тягового трансформатора электровоза со ступенчатым регулированием поделена на две полуобмотки – несекционированную ω_2 н и регулируемую ω_2 р (рис. 4.1, а). Регулируемая полуобмотка имеет в своем составе несколько секций ω_р.с, число которых, как правило, равно четырем. В процессе регулирования полуобмотки соединяются либо встречно, тогда напряжение регулируемой полуобмотки U_2 р вычитается из напряжения несекционированной полуобмотки U_2 н, либо согласно, при этом значения напряжения обеих полуобмоток складываются.

а б

Рис. 4.1. Схемы соединения вторичных обмоток

тяговых трансформаторов электровозов

Для определения параметров обмоток следует задаться числом витков вторичной обмотки тягового трансформатора на первой позиции регулирования ω_поз 1, когда напряжение на ТЭД минимально. Как правило, это число равно двум – трем виткам. После этого составляется система алгебраических урав­нений:

(4.12)

В результате решения системы уравнений (4.12) находят значения ω_2 н и ω_2 р, которые должны быть выражены целыми числами.

После этого рассчитывают количество витков секции регулируемой полуобмотки тягового трансформатора:

. (4.13)

Полученное значение должно быть целым числом.

После определения ω_р.с следует уточнить значения ω_2 н, ω_2 р и ω₂, а также значение ЭДС витка тягового трансформатора:

. (4.14)

Вторичная обмотка тягового трансформатора электровоза с плавным регулированием поделена на несколько частей (ω_с 1, ω_с 2 и т. д.), при помощи которых реализуются зоны регулирования напряжения ТЭД (рис. 4.1, б). Как правило, число зон регулирования m не превышает четырех, поскольку большее число ведет к увеличению количества плеч выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИПа), усложнению конструкции тягового трансформатора и т. п.

Принимая, что прирост напряжения тяговых двигателей по зонам регулирования осуществляется равномерно, определяют число витков секций вторичной обмотки тягового трансформатора:

, (4.15)

где j = 1, …, m_з – номер зоны регулирования напряжения;

m_з = 4 – число зон регулирования напряжения.

Полученное значение должно быть целым числом.

В заключение следует уточнить значения ω₂ и ЭДС витка тягового трансформатора по формуле (4.14).

5) Определяют значения выпрямленного напряжения холостого хода на всех позициях регулирования.

Для электровозов со ступенчатым регулированием напряжения первоначально выпрямленное напряжение холостого хода на первой позиции регулирования рассчитывают по уравнению:

. (4.16)

После этого определяют значения выпрямленного напряжения холостого хода на остальных позициях регулирования по формуле:

, (4.17)

где i – номер позиции регулирования;

k_сх = 4 – коэффициент схемы для встречно-согласного включения обмоток.

Результаты расчета выпрямленных напряжений холостого хода на всех позициях регулирования следует записать в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Расчет внешних характеристик выпрямительной установки

электровоза со ступенчатым регулированием напряжения ТЭД

Параметр	Значение параметра на i-й позиции регулирования
	1	2	3	…	33
Выпрямленное напряжение холос­того хода Ud o i, В
Эквивалентное сопротивление вып­рямительной установки Zэ i, Ом
Эквивалентное падение напряжения в выпрямительной установке ΔUэ i, Ом
Выпрямленное напряжение при но­минальном токе Ud i, В
Эквивалентное сопротивление вып­рямительной установки, приведенное к одному ТЭД, Zэ.п i, Ом

Для электровозов с плавным регулированием определяют выпрямленное напряжение холостого хода на границе первой зоны регулирования напряжения по формуле:

. (4.18)

Затем определяют значения выпрямленного напряжения холостого хода на границах остальных зон регулирования напряжения:

и т. д. (4.19)

Результаты расчета значений выпрямленного напряжения холостого хода на границах всех зон регулирования следует записать в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Расчет внешних характеристик выпрямительной установки

электровоза с плавным регулированием напряжения ТЭД

Параметр	Значение параметра на границе i-й зоны регулирования
	1	2	3	4
Выпрямленное напряжение холос­того хода Ud o i, В
Эквивалентное сопротивление вып­рямительной установки Zэ i, Ом
Эквивалентное падение напряжения в выпрямительной установке ΔUэ i, Ом
Выпрямленное напряжение при номинальном токе Ud i, В
Эквивалентное сопротивление вып­рямительной установки, приведенное к одному ТЭД, Zэ.п i, Ом

6) В табл. 4.2 и 4.3 дополнительно заносят значения эквивалентного сопротивления выпрямительной установки Z_э i на всех позициях регулирования, а также на границах зон регулирования, полученные для значений U_d o i по построенной зависимости Z_э j(U_d o j).

7) Используя выражения (4.6) и (4.7), а также значения U_d o i, для всех позиций регулирования рассчитывают значения эквивалентного падения напряжения ΔU_э i и выпрямленного напряжения при номинальном выпрямленном токе U_d i и записывают их в табл. 4.2 и 4.3.

8) Используя полученные значения Z_э i, определяют эквивалентное сопро­тивление выпрямительной установки, приведенное к одному тяговому дви­гателю:

. (4.20)

Результаты расчета для всех позиций или границ зон регулирования следует записать в табл. 4.2 и 4.3.

9) По данным табл. 4.2 и 4.3 (в соответствии с рекомендациями п. 2, подразд. 4.1) на отдельном рисунке строят внешние характеристики выпрямительной установки электровоза U_d(I_d) на всех позициях или границах зон регулирования.