9. 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 9.1.
Таблица 9.1 - 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:
(9.1)
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:
(9.2)
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 9.2.
определяем промежутки времени Δt по кривой времени t(S), за которые электровоз следовал без тока Iдср = 0. Соответствующие данные заносим в таблицу 9.2.
далее по тепловым характеристикам обмотки ТЭД НБ-418К (ПТР) определяем установившиеся температуры нагрева τ∞ при соответствующем Iдср. Данные заносим в таблицу 9.2.
после проверяем выполнение условия для всех отрезков времени Δt. Постоянная тепловая времени ТЭД НБ-418К Т=23 мин. Дальнейшие расчеты ведем подобным образом.
Максимально допустимое превышение температур обмотки якоря ТЭД НБ-418К составляет 120 ºС, (см. таблицу 9.1) 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 таблицы 8.2 наибольшее значение превышения температуры обмотки якоря ТЭД составил τ = 79,7 ºС.
Найдем наибольшую температуру нагрева обмотки якоря:
Таблица 9.2 - Расчет нагрева ТЭД при движении
Режим работы |
A |
A |
A |
dt, мин |
τ∞ |
dt/T |
1-dt/T |
τ∞ dt/T |
τ0(1-dt/T) |
τ |
|
0--1 |
975 |
975 |
975 |
2,30 |
140 |
0,1 |
0,9 |
14 |
13,5 |
27,5000 |
|
1--2 |
0 |
0 |
0 |
0,40 |
0 |
0,0174 |
0,9826 |
0 |
38,75 |
38,7500 |
|
2--3 |
975 |
850 |
912,5 |
0,40 |
130 |
0,0174 |
0,9826 |
2,2609 |
35,8152 |
38,0761 |
|
3'-4 |
1010 |
900 |
955 |
0,30 |
145 |
0,0130 |
0,9870 |
1,8913 |
37,7835 |
39,6748 |
|
4-5' |
900 |
800 |
850 |
0,30 |
115 |
0,0130 |
0,9870 |
1,5000 |
39,5486 |
41,0486 |
|
5'-6 |
980 |
850 |
915 |
0,50 |
132 |
0,0217 |
0,9783 |
2,8696 |
39,1436 |
42,0132 |
|
6-7' |
850 |
775 |
812,5 |
0,60 |
104 |
0,0261 |
0,9739 |
2,7130 |
41,2563 |
43,9694 |
|
7'-8 |
900 |
825 |
862,5 |
0,45 |
119 |
0,0196 |
0,9804 |
2,3283 |
43,21 |
45,5354 |
|
8-9' |
825 |
800 |
812,5 |
2,30 |
104 |
0,1000 |
0,9000 |
10,4000 |
36,5728 |
46,9728 |
|
9-10' |
800 |
840 |
820 |
0,60 |
107 |
0,0261 |
0,9739 |
2,7913 |
49,8842 |
52,6755 |
|
10'-11 |
775 |
850 |
812,5 |
0,50 |
104 |
0,0217 |
0,9783 |
2,2609 |
51,8318 |
54,0926 |
|
11-12' |
850 |
880 |
865 |
0,60 |
117 |
0,0261 |
0,9739 |
3,0522 |
52,1254 |
55,1776 |
|
12'-13 |
860 |
900 |
880 |
0,12 |
122 |
0,0052 |
0,9948 |
0,6365 |
56,1 |
56,7903 |
|
13-14' |
900 |
735 |
817,5 |
0,80 |
105 |
0,0348 |
0,9652 |
3,6522 |
53,5 |
57,1306 |
|
14'-15 |
900 |
850 |
875 |
0,50 |
120 |
0,0217 |
0,9783 |
2,6087 |
56,2 |
58,7956 |
|
15-16' |
850 |
790 |
820 |
0,50 |
107 |
0,0217 |
0,9783 |
2,3261 |
57,8 |
60,1261 |
|
16'-17 |
900 |
835 |
867,5 |
0,50 |
118 |
0,0217 |
0,9783 |
2,5652 |
58,6 |
61,1451 |
|
17--18 |
835 |
800 |
817,5 |
0,15 |
105 |
0,0065 |
0,9935 |
0,6848 |
61,7 |
62,3811 |
|
18--19 |
800 |
795 |
797,5 |
0,10 |
100 |
0,0043 |
0,9957 |
0,4348 |
62,2243 |
62,6590 |
|
19--20 |
795 |
785 |
790 |
0,30 |
99 |
0,0130 |
0,9870 |
1,2913 |
61,5301 |
62,8214 |
|
20--21 |
785 |
835 |
810 |
0,30 |
101 |
0,0130 |
0,9870 |
1,3174 |
62 |
63,2933 |
|
21--22 |
835 |
900 |
867,5 |
0,50 |
118 |
0,0217 |
0,9783 |
2,5652 |
61,22 |
63,7851 |
|
22'--23 |
775 |
975 |
875 |
0,60 |
120 |
0,0261 |
0,9739 |
3,1304 |
61,8333 |
64,9637 |
|
23--24 |
975 |
980 |
977,5 |
0,80 |
140 |
0,0348 |
0,9652 |
4,8696 |
61,53 |
66,3994 |
|
24'--25 |
800 |
935 |
867,5 |
0,90 |
118 |
0,0391 |
0,9609 |
4,6174 |
64,3421 |
68,9595 |
|
25--26 |
935 |
980 |
957,5 |
0,10 |
137 |
0,0043 |
0,9957 |
0,5957 |
70,2828 |
70,8784 |
|
26-27' |
980 |
800 |
890 |
1,80 |
130 |
0,0783 |
0,9217 |
10,174 |
61 |
71,1659 |
|
27'--28 |
975 |
850 |
912,5 |
0,50 |
132 |
0,0217 |
0,9783 |
2,8696 |
72,9008 |
75,7703 |
|
28--29 |
850 |
830 |
840 |
0,70 |
108 |
0,0304 |
0,9696 |
3,2870 |
73,7057 |
76,9927 |
|
29'--30 |
900 |
820 |
860 |
0,60 |
109 |
0,0261 |
0,9739 |
2,8435 |
75,1 |
77,9364 |
|
30--31 |
820 |
800 |
810 |
0,30 |
106 |
0,0130 |
0,9870 |
1,3826 |
77,3642 |
78,7468 |
|
31--32 |
800 |
880 |
840 |
0,30 |
108 |
0,0130 |
0,9870 |
1,4087 |
77,6935 |
79,1022 |
|
32--33 |
880 |
720 |
800 |
0,30 |
100 |
0,0130 |
0,9870 |
1,3043 |
78,1748 |
79,4792 |
|
33'--34 |
480 |
460 |
470 |
0,40 |
40 |
0,0174 |
0,9826 |
0,6957 |
79,0512 |
79,7468 |
|
34--35 |
460 |
450 |
455 |
0,40 |
37 |
0,0174 |
0,9826 |
0,6435 |
78,4121 |
79,0556 |
|
35'-36 |
790 |
765 |
777,5 |
1,70 |
97 |
0,0739 |
0,9261 |
7,1696 |
71,1546 |
78,3242 |
|
36'-37 |
420 |
485 |
452,5 |
0,80 |
36 |
0,0348 |
0,9652 |
1,2522 |
78,4524 |
79,7046 |
|
37'-38 |
320 |
305 |
312,5 |
1,30 |
26 |
0,0565 |
0,9435 |
1,4696 |
76,7148 |
78,1844 |
|
38'-39 |
465 |
515 |
490 |
2,25 |
49 |
0,0978 |
0,9022 |
4,7935 |
70,4414 |
75,2349 |
|
39'—40 |
950 |
820 |
885 |
0,60 |
119 |
0,0261 |
0,9739 |
3,1043 |
69,5641 |
72,6684 |
|
40—41 |
820 |
720 |
770 |
0,50 |
96 |
0,0217 |
0,9783 |
2,087 |
71,8 |
73,8771 |
|
41—42 |
720 |
820 |
770 |
0,60 |
96 |
0,0261 |
0,9739 |
2,5043 |
71,8536 |
74,3580 |
|
42'-43 |
780 |
720 |
750 |
0,30 |
95 |
0,0130 |
0,9870 |
1,2391 |
73,6834 |
74,9226 |
|
43—44 |
720 |
660 |
690 |
0,20 |
75 |
0,0087 |
0,9913 |
0,6522 |
74,5323 |
75,1844 |
|
44—45 |
660 |
580 |
620 |
0,40 |
70 |
0,0174 |
0,9826 |
1,2174 |
73,9654 |
75,1828 |
|
45—46 |
580 |
555 |
567,5 |
0,40 |
65 |
0,0174 |
0,9826 |
1,1304 |
73,9623 |
75,0927 |
|
46—47 |
555 |
552 |
553,5 |
0,80 |
62 |
0,0348 |
0,9652 |
2,1565 |
72,77 |
74,9172 |
|
47—48 |
0 |
0 |
0 |
0,60 |
0 |
0,0261 |
0,9739 |
0 |
74,468 |
74,4679 |
|
,