3 Вибір та обґрунтування основних елементів передачі

Спираючись на вихідні дані та галузі використання передач потужності різних видів, для проектувального локомотива обираємо передачу змінно-постійного струму, яка має синхронний генератор, випрямляч і тягові електродвигуни постійного струму. Так як у синхронного генератора обмотка збудження розташована на роторі, а робоча обмотка - на статорі, то при використанні цього типу генератора як тягового, нема проблем комутації при будь-якій потужності секції тепловоза.

Усі елементи передачі обираємо і розраховуємо на найбільшу потужність, яка передається на тривалому режимі (F(g) і V ), який є найбільш важким щодо нагрівання тягових електричних машин. Крім того розрахунок проводимо за режимами максимальної сили тяги при максимальній швидкості ( і ) та мінімальної сили тяги при максимальній швидкості ( і ) при номінальній потужності дизеля.

Потужність тягового генератора обирають таку, щоб в заданому діапазоні змінювання струму генератора та при найменшому навантаженні допоміжних машин вся вільна потужність двигуна використовувалася генератором.

Оберемо основне обладнання електричної передачі локомотива та приведемо їх технічні параметри:

Технічні характеристики тягового генератора: -потужність, кВт……………………………..…………………………………… 2460;

-частота струму, Гц…………………..……………………………………………..10; -збудження...…………………………………………….…………………...незалежне.

Технічні характеристики допоміжного генератора:

-номінальна напруга після випрямлення, В……...……………………………....2500;

-потужність при температурі 0^о С і нижче, кВт………………………..……365=580;

- потужність при температурі від 0^о С до +15^о С, кВт……………………….305-480;

- потужність при температурі +15^о С і вище, кВт…..………………..………210-330;

Технічні характеристики випрямляча:

-номінальний вихідний струм, А……….……………………………………….. 5700;

-номінальна вихідна напруга, В……………. ………………………………..……750;

-кратність допустимих перевантажень……………..……………………………..1,53;

-час допустимого перевантаження, с………..……………………………………..300;

-номінальна вхідна частота, Гц………….……………………………………...30-133;

-номінальна вхідна напруга, В…………..…………………………………………575;

-ККД, %...................................................................................................................... 99,3.

Технічні характеристики збудника ВС-650В:

-потужність, кВт……...………………………………………….………………….. 26;

-напруга, В………………………………………………………………………215/287;

-частота обертання вала, …………………………………………………….41,2/55;

-струм, А………………….…………………......................................................164/146;

-частота, Гц…………….………………………………..……………………...165/220;

-ККД,%.........................................................................................................................76;

Технічні характеристики тягового електродвигуна: -вид…………….………..ЭД118 постійного струму з послідовним збудженням; -потужність, кВт….…..……………………………………………………………376; -напруга, В…….……….……………………………………………………………597; -струм, А…….…….…..………………………………………………………..……670; -максимальна частота обертання, об/хв………………...………………………..2320.

Таким чином, для проектувального локомотива була обрана електрична передача та її основне обладнання. Функціональна схема регулювання електропередачі зображена на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1- Функціональна схема регулювання електропередачі в режимі тяги тепловоза 2ТЕ116

4 Визначення основних параметрів передачі

Усі елементи передачі обираємо і розраховуємо на найбільшу потужність, яка передається на тривалому режимі ( F(g)_∞ і V_∞), який є найбільш важким щодо нагрівання тягових електричних машин.

Вільна потужність дизеля, яка передається до електропередачі визначається за формулою:

N_en=N_еβ_c, (4.1)

_Fкр=

де N_e – ефективна потужність дизеля, кВт;

β_с – коефіцієнт вільної потужності дизеля в залежності від потужності, яку споживає допоміжне обладнання тепловоза.

_Fкр=

β_с=1-β, (4.2)

де β – частка допоміжної потужності від загальної потужності дизеля.

β =14,3%.

β_с=1-0,143=0,857.

N_en=22950,857=1962,53 кВт.

Номінальна потужність на затискачах генератора постійного струму або активна потужність синхронного генератора на виході кола постійного струму в кВт буде:

Р_г∞=N_еβ_сη_г∞=U_г∞I_г∞10^-3, (4.3)

де U_г∞, I_г∞ і η_г∞ - відповідно напруга, струм і коефіцієнт корисної дії генератора в тривалому режимі.

ККД тягового генератора при тривалому режимі дорівнює 0,93.

Визначаємо номінальну потужність на затискачах генератора:

Р_г∞=N_еβ_сη_г∞=1962,530,93= 1825,15 кВт.

Розміри тягового електродвигуна головним чином залежать від передаваємого моменту, тобто від сили тяги. Вал електродвигуна з’єднаний з віссю колісної пари за допомогою постійної зубчастої передачі. Якщо задані сила тяги та потужність, то при збільшенні передаточного числа зубчастої пари зменшується потрібний момент електродвигуна та збільшується його кутова швидкість. Маса та розміри машини також зменшуються.

Передаточне число зубчастої передачі знаходимо за формулою:

U_мех= , (4.4)

де ω_2max – найбільша кутова швидкість вала електродвигуна , ;

V_к – конструкційна швидкість локомотива.

U_мех= .

Розрахунок основних параметрів електричної передачі.

Основним фактором при виборі схеми з`єднання є оптимальні напруга і струм генератора та двигунів. Максимальну напругу генератора приймаємо

700 Вт.

Максимальна швидкість, до якої повинна повністю використовуватися потужність дизеля складає для вантажних локомотивів, км/год:

; (4.5)

км/год.

Приймаємо величину коефіцієнта регулювання генератора по напрузі ,обираємо величину коефіцієнта послаблення поля .

Обираємо розрахункову швидкість V_p=22 км/год.

Визначаємо відносну зміну току генератору:

, (4.6)

.

За допомогою універсальної характеристики (рисунок 4.1) у відповідності зі значенням визначаємо величину .

За допомогою універсальної характеристики у відповідності з значенням ,% визначаємо величину ,%

Дійсна швидкість тепловоза, яка досягається за рахунок регулювання генератором , км/год

, (4.7)

де - розрахункова швидкість тепловоза , км/год

км/год

Так як V_max < V, то необхідно продовжити дослідження з послабленням збудженням. Тоді ослаблення поля другого ступеня розраховується по формулі:

, (4.8)

де К_н – коефіцієнт насичення магнітної системи двигуна, К_н=1,2.

Ослаблення поля проводимо двома ступенями зі співвідношення:

(4.9)

(4.10)

Визначаємо швидкість при першому послабленні поля V₁ , км/год

, (4.11)

де К_н – коефіцієнт насичення магнітної системи двигуна, К_н=1,3.

км/год

Рисунок 4.1 - Універсальні відсоткові характеристики

Зовнішня характеристика тягового генератора будується з умов її гіперболічності.

З досвіду проектування та експлуатації для тепловозних генераторів максимальна напруга звичайно знаходиться в межах 570-820 В в залежності від типу генератора та передачі.

А; (4.12)

А