Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Кафедра «Электрическая тяга»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

_{на тему: «Расчет систем управления электровозов переменного тока"}

выполнил студент ___________________________________ Д.А. Масягин

подпись, дата

факультет Заочный группа ЭТ-401-У

руководитель _____________________________________ доц. А.И.Чудаков

подпись, дата

Санкт-Петербург

2015

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные. Содержание и оформление проекта.

2. Параметры основного электрооборудования.

2.1 Система управления тяговыми двигателями грузовых электровозов переменного тока

2 .2. Характеристики тягового двигателя при номинальном напряжении.

1. 2.3. Тяговый трансформатор.

2. 2.4. Сглаживающий реактор.

3. 2.5 Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

4. 2.6 Номинальный ток первичной обмотки трансформатора

5. 2.7. Выпрямитель.

6. 2.8. Переходной реактор

1. Число позиций регулирования напряжения

2. Характеристики ЭПС.

4.1. О расчете скоростных характеристик ЭПС переменного тока

и внешних характеристик выпрямителя.

4.2. О расчете ступеней ослабления возбуждения.

4.3. О расчете характеристик ЭПС при ослабленном возбуждении (ОВ).

4.4. Программа для расчета характеристик ЭПС.

Литература.

1. Исходные данные.

Цель курсового проектирования по дисциплине «Системы управления электрического подвижного состава» - привить студентам практические навыки по выбору параметров основного электрооборудования электровозов переменного тока и разработке систем управления.

Курсовое проектирование выполняется по следующим исходным величинам (в соответствии с вариантом задания):

- род тока в контактной сети - переменный, номинальное напряжение на токоприемнике ЭПС кВ, частота тока сети Гц;

- тип подвижного состава – грузовой электровоз, число тяговых двигателей , нагрузка на ось ;

- номинальная (часовая) мощность , номинальное напряжение тягового двигателя ;

- скорость движения электровоза в номинальном режиме ;

- постоянный коэффициент ослабления возбуждения =0,96;

- наименьший коэффициент ослабления возбуждения ;

- электрическое торможение - реостатное.

Исходные данные приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Номинальная мощность тягового двигателя , кВт	Нагрузка на ось , кН	Номинальная скорость , км / ч	Номинальное напряжение , В
750	225	62	1200	0,39

2. Параметры основного электрооборудования

2.1. Система управления грузовых электровозов переменного тока (вл 80т)

Для регулирования напряжения на тяговых электродвигателях применена система ступенчатого амплитудного регулирования напряжения тягового трансформатора на стороне низшего напряжения. Схема вторичной обмотки трансформатора – встречно-согласная. Переключение секций в регулируемой части вторичной обмотки трансформатора в процессе регулирования напряжения на тяговых электродвигателях производится по схеме с переходным реактором. Однофазный ток вторичной обмотки тягового трансформатора для питания тяговых двигателей пульсирующего тока выпрямляется мостовым выпрямителем. На каждой секции электровоза предусмотрено две группы вторичных обмоток и два выпрямителя. Это исключает появление постоянной составляющей тока во вторичной обмотке тягового трансформатора на позициях с разными амплитудами напряжения по полупериодам. К каждому выпрямителю подключена группа из 2-х параллельно соединенных двигателей.

В режиме реостатного торможения обмотки возбуждения двигателей питаются от 2-х секций регулируемой части вторичной обмотки трансформатора через управляемый выпрямитель, выполненный по схеме с нулевым выводом.

Упрощенная схема силовой цепи одной секции электровоза показана на рис. 2.1. Электрические аппараты силовой цепи на схеме не имеют обозначений. При разработке принципиальной электрической схемы силовой цепи электровоза в процессе выполнения курсового проекта электрическим аппаратам присваивают обозначения, которые используют при составлении перечня основного электрооборудования электровоза и таблицы замыкания контакторов главного переключателя.

2.2. Характеристики тягового двигателя при номинальном напряжении

Номинальным называется режим работы, на который тяговый электродвигатель рассчитан заводом-изготовителем. Этот режим характеризуется номинальными значениями мощности , скорости , напряжения на двигателе , тока и коэффициента регулирования возбуждения . Для тяговых двигателей электровозов переменного тока номинальным является режим полного возбуждения = =0,96.

2.2.1. Номинальный (часовой) ток тягового двигателя

, (2.1)

где – КПД тягового двигателя на его валу в номинальном режиме (таблица 2.1).

I_н=750/(1200·0,93)=670 А

2.2.2. Ток возбуждения тягового двигателя в номинальном режиме

(2.2)

I_вн=0,96·670=643,2 А

2.2.3. Сила тяги двигателя в номинальном режиме

, (2.3)

где – в Вт; – в м/с; – КПД движущего механизма с зубчатой передачей в номинальном режиме ( ).

F_н=750·0,98/17,2=42732,5 Н

2.2.4. Сопротивление обмоток тягового двигателя в номинальном режиме

, (2.4)

r_дн=0,04·1200/643,2=0,074 Ом

где – относительное падение напряжения на обмотках тягового двигателя в номинальном режиме, определяемое по эмпирической формуле

= 0,04 (2.5)

где – номинальная мощность тягового двигателя в кВт.

Зависимость приведена на рис. 2.2.

ρ_дн

Рис. 2.2

Для тяговых двигателей мощностью свыше 500 кВт следует принимать равным 0,04. Сопротивление отдельных обмоток двигателя определяют по таблице 2.2.

Таблица 2.2

Наименование обмоток	Некомпенсированный двигатель	Компенсированный двигатель
Якорь Дополнительные полюса Главные полюса Компенсационная	0,45 0,2 0,35 -	0,4 0,1 0,25 0,25

Сопротивление обмоток тягового двигателя при полном возбуждении

. (2.6)

2.2.5. Магнитный поток двигателя в номинальном режиме при нормальном возбуждении

. (2.7)

2.2.6. Расчет характеристик тягового двигателя для номинального напряжения и полного возбуждения

В предварительных расчетах удобно пользоваться относительными характеристиками тяговых двигателей, у которых ток , скорость и силa тяги выражены в долях от значений этих величин при номинальном (часовом) режиме.

В таблице 2.3 приведены относительные характеристики тяговых двигателей пульсирующего тока с коэффициентом насыщения магнитной цепи 1,85. Эти значения являются средними для современных тяговых двигателей.

Значения получают путем умножения относительных величин , , на соответственные номинальные значения .

Таблица 2.3

Ток двигателя, А		Скорость движения, км/ч			Сила тяги, кН
	I	Нормальное возбуждение			Нормальное возбуждение
			V			Fкд
0,2 0,5 0,8 1 1,3 1,6 1,9	134 335 536 670 871 1072 1273	2,06 1,4 1,1 1 0,92 0,85 0,8	127,72 86,8 68,2 62 57,04 52,7 49,6	0,06 0,37 0,75 1 1,41 1,81 2,21		2563,9 15811 32049 42732,5 60252,8 77345,8 94438,8

По этим данным строят графики и (рис. 2.3).

В дальнейшем скорость при номинальном напряжении обозначена .

Рис. 2.3

2.2.7. Максимальный пусковой ток двигателя

ограничивается сцеплением колес с рельсами или допустимой перегрузкой по току

,

(2.8)

;

I _max= 871 A

где – коэффициент эксплуатационной перегрузки (для электровозов );

– наибольшая величина тока, допустимого по условиям сцепления, отыскивается по кривой (рис. 2.3) для силы тяги, равной

. (2.9)

Здесь - расчетный коэффициент сцепления;

, (2.10)

=0.28+4/(50+6·0)=0.08

где – коэффициенты, полученные в результате обработки опытных данных, значения которых приведены в таблице 2.4.

Выбирается меньшее значение , полученное по условиям (2.8).

2.2.8. Средний пусковой ток

, (2.11)

= 871/(1+014)=764 A

где – коэффициент неравномерности пуска по току на первых позициях регулирования напряжения.

Для электровозов при пуске с одинаковыми колебаниями тока на всех позициях . При пуске с одинаковыми ступенями регулирования напряжения на всех позициях , т. е. при переменном значении для встречно-согласного включения обмоток трансформатора на первой разгонной позиции.

2.2.9. Минимальный пусковой ток

. (2.12)

I_min=(1-014)·670=657 A

Таблица 2.4

Тип ЭПС	Режим работы	Наличие сочленения между тележками	Регулирование тока двигателя	Минимальное число последовательно соединенных тяговых двигателей	Коэффициенты формулы (2.10)
Электровоз ВЛ10 ВЛ82М ВЛ80Т ВЛ80Р	Тяга	Да Нет -"- -"-	Ступенчатое -"- -"- Плавное	2 2 1 1	0,25 0,28 0,28 0,3	8 3 4 4,3	100 50 50 50	20 20 6 6	0 0,0007 0,0006 0,0006
Электровоз ВЛ80Т	Реостатное торможение	Нет	Плавное	1	0,09	11	56	1	0,00005
Электровоз ВЛ80Р	Рекуперативное торможение	Нет	Расчетный коэффициент сцепления принимается на 20% меньше, чем в режиме тяги