Расчет электрической передачи мощности тепловоза
4
Содержание
Задание
1 Определение основных параметров электрической передачи мощности
1.1 Расчет внешней характеристики тягового генератора (выпрямительной установки)
1.2 Определение числа и типа ТЭД
2 Пересчет рабочих характеристик ТЭД и предварительное определение ограничений тяговой характеристики тепловоза
2.1 Расчет нагрузочных характеристик серийного ТЭД
2.2 Предварительное определение расчетной скорости тепловоза
2.3 Предварительное определение необходимой минимальной величины коэффициента ослабления поля ТЭД
2.4 Предварительное определение расчетной силы тяги тепловоза и ограничений тяговой характеристики
3 Построение рациональных тяговой и технико - экономических характеристик
3.1 Определение рациональной величины передаточного отношения тягового редуктора
3.2 Расчет тягового редуктора
3.3 Расчет рациональных тяговой и технико-экономической характеристик проектируемого тепловоза
4 Определение параметров и характеристик электрического тормоза проектируемого тепловоза
5 Разработка силовой схемы проектируемой ЭПМ
Список используемой литературы
Схема проектируемой ЭПМ в режиме тяги
Схема проектируемой ЭПМ в режиме электрического торможения
1 Определение основных параметров электрической передачи мощности
Ориентировочная мощность ТГ, кВт
,
где - коэффициент, учитывающий долю эффективной мощности дизеля, используемой на тягу поезда.
= 0,91
POP = 0,91 • 2800 = 2548 кВт
Так как > 2200 кВт осуществляется проектирование ЭПМ переменно-постоянного тока.
Мощность на зажимах СТГ, кВт
,
где = 0,95 - ориентировочный КПД синхронных генераторов.
PСТГ = 2548 • 0,95 = 2420,6 кВт
Мощность на зажимах ВУ, кВт
,
где = 0,98 - ориентировочный КПД выпрямительной установки.
PВУ = 2420,6 • 0,98 = 2372,2 кВт
1.1 Расчет внешней характеристики тягового генератора (выпрямительной установки)
Внешняя характеристика ТГ строится для высшей позиции контроллера машиниста и представляет собой зависимость . Для ее построения необходимо задаться максимальным напряжением на зажимах ВУ, которое выбирается из условий надежности изоляции агрегатов и узлов силовых цепей электропередачи.
Максимальное значение выпрямленного напряжения на выходе ВУ, В
,
где = 500 В - максимальное линейное напряжение синхронного трехфазного генератора.
= 1,38 • 500 = 690 В
Определяем значения минимальных, номинальных и максимальных токов и напряжений на выходе ВУ. Номинальное напряжение (напряжение продолжительного режима) ВУ, В
,
где - коэффициент регулирования ВУ по напряжению = 1,6.
Номинальный ток ВУ, А
,
Минимальный ток ВУ, А
Максимальный ток ВУ, А
,
где - коэффициент регулирования ВУ по току (=2,4).
= 2,4 • 3438 = 8251,2 А
Минимальное напряжение ТГ (ВУ), В
Задавшись несколькими значениями токов ВУ в диапазонах от до и от до , определяем соответствующие им значения напряжений
Результаты расчетов сводятся в таблицу 1.
Таблица 1 - Расчетная таблица внешней характеристики ВУ
Id, А | Ud, B | Iтэд, А | |
3438,0 | 690,0 | 429,8 | |
3850,6 | 616,1 | 481,3 | |
4263,2 | 556,4 | 532,9 | |
4675,8 | 507,3 | 584,5 | |
5088,4 | 466,2 | 636,1 | |
5501,0 | 431,2 | 687,6 | |
6051,0 | 392,0 | 756,4 | |
6601,1 | 359,4 | 825,1 | |
7151,1 | 331,7 | 893,9 | |
7701,2 | 308,0 | 962,6 | |
8251,2 | 287,5 | 1031,4 |
По полученным данным строится внешняя характеристика ВУ, ограниченная гиперболой и прямыми и .
Рисунок 1 - Внешняя характеристика ВУ
1.2 Определение числа и типа ТЭД
Сцепная масса проектируемого тепловоза, т
где - удельная масса современных магистральных тепловозов,
= 59 кг/кВт
QСЦ = 59 • 2800 • 10-3 = 165,2 кг/кВт
Число осей проектируемого тепловоза
где - нагрузка на ось.
=225,6 кН/ось
При нецелом или нечетном значении m принимается ближайшее четное число осей mпр
mпр = 8
Потребная мощность ТЭД в кВт
где = 0,94- ориентировочное значение КПД ТЭД.
Для проектируемой ЭПМ выбираем серийный ТЭД - ЭД 118А
2 Пересчет рабочих характеристик ТЭД и предварительное определение ограничений тяговой характеристики тепловоза
Электромеханическими характеристиками ТЭД, которые являются одним из видов рабочих характеристик, называются зависимости крутящего момента М, частоты вращения вала n и коэффициента полезного действия от тока якоря IЯ :
;
при приложенном напряжении , изменяющемся в соответствии с внешней характеристикой ВУ.
Для расчета рабочих характеристик серийного ТЭД в проектируемой ЭПМ необходимо иметь характеристики намагничивания стали ТЭД
,
или (что значительно упрощает расчеты) нагрузочные характеристики
,
где - ток в обмотке возбуждения ТЭД.
Нагрузочные характеристики можно построить по имеющимся электромеханическим характеристикам выбранного ТЭД.
2.1 Расчет нагрузочных характеристик серийного ТЭД
Нагрузочные характеристики ТЭД (отношение противо-ЭДС якоря Е к его числу оборотов n в зависимости от тока возбуждения при различных токах якоря, ) рассчитываются по формуле
где - напряжение на зажимах ТЭД при значении тока ;
- суммарные сопротивления обмоток якоря , главных полюсов и дополнительных полюсов , прогретых до ;
- коэффициент ослабления поля ТЭД;
= 2 В - падение напряжения на щеточно-коллекторном контакте.
В паспортных данных ТЭД указывается сопротивление при температуре , сопротивление при другой температуре можно определить по формуле
где - паспортное значение сопротивления конкретной обмотки ТЭД при температуре , Ом;
- сопротивление этой же обмотки при температуре , Ом;
= 0,0033 - температурный коэффициент электрического сопротивления меди, .
Задавшись по электромеханическим характеристикам величинами , определяют соответствующие им значения . Затем рассчитывают значения для прогретого до ТЭД при полном и ослабленных полях возбуждения и определяют противо - ЭДС
,
отношение и величины .
tн = 20 °С
= 0,013 Ом
= 0,0105 Ом
= 0,00821 Ом
и°=100 °С
rя = 0,013 • (1+0,0033 • (100 - 20)) = 0,0164 Ом
rв = 0,0105• (1+0,0033 • (100 - 20)) = 0,0133Ом
rдп = 0,00821 • (1+0,0033 • (100 - 20)) = 0,01038Ом
Расчет нагрузочных характеристик ТЭД сводим в таблицу 2.
Таблица 2 - Расчет нагрузочных характеристик выбранного ТЭД
IЯ, A | 480 | 532,9 | 687,6 | 893,9 | 1030 | ||
UТЭД, В | 675 | 590 | 490 | 365 | 330 | ||
ПП б=1 rтэд=0,0401 Ом | зТЭД | 0,955 | 0,945 | 0,92 | 0,875 | 0,84 | |
UТЭД-(IЯ • rТЭД+ДUщ), В | 653,752 | 566,631 | 460,427 | 327,155 | 286,697 | ||
n, c-1 | 17,5 | 15,8 | 11 | 7 | 5,5 | ||
E/n, B • c/оборот | 37,357 | 35,863 | 41,857 | 46,736 | 52,127 | ||
IВ=IЯ, А | 480 | 532,9 | 687,6 | 893,9 | 1030 | ||
ОП1 б1=0,6 rтэд=0,0348 Ом | зТЭД | 0,955 | 0,95 | 0,93 | 0,885 | 0,86 | |
UТЭД-(IЯ • rТЭД+ДUщ), В | 656,296 | 569,455 | 464,072 | 331,892 | 292,156 | ||
n, c-1 | 23 | 20 | 13,9 | 9 | 6,8 | ||
E/n, B • c/оборот | 28,535 | 28,473 | 33,386 | 36,877 | 42,964 | ||
IВ= б1 • IЯ, А | 288 | 319,74 | 412,56 | 536,34 | 618 | ||
ОП2 б2=0,36 rтэд=0,0316 Ом | зТЭД | 0,95 | 0,948 | 0,935 | 0,9 | 0,88 | |
UТЭД-(IЯ • rТЭД+ДUщ), В | 657,832 | 571,160 | 466,272 | 334,753 | 295,452 | ||
n, c-1 | 38 | 31,5 | 20 | 11 | 8,5 | ||
E/n, B • c/оборот | 17,311 | 18,132 | 23,314 | 30,432 | 34,759 | ||
IВ= б2 • IЯ, А | 172,8 | 191,844 | 247,536 | 321,804 | 370,8 |
По данным таблицы 2 строятся кривые зависимости = для выбранных значений .
Рисунок 2 - Нагрузочные характеристики ТЭД.
2.2 Предварительное определение расчетной скорости тепловоза
Скорость движения проектируемого тепловоза (км/ч) определяется по формуле:
где - диаметр колеса тепловоза (принимается равным 1,05 м);
n - частота вращения якоря ТЭД в проектируемой ЭПМ, с-1;
- передаточное отношение тягового редуктора.
Число оборотов (в с-1) якоря ТЭД в проектируемой ЭПМ, в общем случае определяется по формуле:
где - противо-ЭДС в проектируемой ЭПМ, В;
- напряжение, подводимое к зажимам ТЭД в проектируемой ЭПМ, определяемое внешней характеристикой ВУ, В;
- ток якоря ТЭД в проектируемой ЭПМ, определяемый внешней характеристикой ВУ, А;
- отношение, определяемое по построенным нагрузочным характеристикам при соответствующем значении и ( при полном поле ; при ослабленных полях ), .
Напряжение в (В), подводимое к зажимам ТЭД в проектируемой ЭПМ, определяется по формуле
где - число последовательно включенных ТЭД в силовой схеме проектируемой ЭПМ.
=1
Ток якоря (А) ТЭД в проектируемой ЭПМ, определяется по формуле
где - число параллельных групп ТЭД в силовой схеме проектируемой ЭПМ.
=8
Расчетная скорость движения проектируемого тепловоза имеет место при номинальном числе оборотов якоря ТЭД - при номинальных напряжении и токе ТЭД в проектируемой ЭПМ, т.е. при
и
.
Eпр = 431,2 - (687,6 • 0,0401 + 2) = 401,63 В
2.3 Предварительное определение необходимой минимальной величины коэффициента ослабления поля ТЭД
Степень регулирования проектируемой ЭПМ по скорости характеризуется коэффициентом регулирования:
где - максимальная скорость движения тепловоза, км/ч.
Vmax =0,9 • VК
где - заданная конструкционная скорость проектируемого тепловоза.
Vmax =0,9 • 110 = 99 км/ч
При > 2,1 оказывается недостаточным регулировки ЭПМ по напряжению, определяемой коэффициентом регулирования 1,6.
Для обеспечения работы ЭПМ с постоянной мощностью вплоть до максимальной скорости движения тепловоза (при сохранении величины ), как известно, используют два способа: ослабление возбуждения ТЭД (ослабление поля) и перегруппировку ТЭД в силовой схеме ЭПМ (например, последовательное, последовательно - параллельное соединения, или последовательно параллельное - параллельное, параллельное соединения). Иногда используют комбинацию этих способов.
Ослабление поля ТЭД является наиболее распространенным и простым способом повышения диапазона регулирования ЭПМ по скорости тепловоза.
Первоначально необходимо проверить возможность обеспечения необходимого диапазона регулирования по скорости за счет ослабления поля ТЭД. Для этого определяют минимальное значение коэффициента ослабления поля ТЭД, являющегося, как известно, отношением :
0,25
2.4 Предварительное определение расчетной силы тяги тепловоза и ограничений тяговой характеристики
Сила тяги на ободе колеса (Н) в общем случае определяется какгде = 159,7 - крутящий момент на валу ТЭД , Н·м; - мощность ТЭД по электрическим переменным проектируемой ЭПМ, кВт; - КПД ТЭД в проектируемой ЭПМ; = 0,985 - КПД тягового редуктора.Касательная сила тяги тепловоза определяется как Для предварительного определения расчетной силы тяги тепловозов в формулу подставляется значение при номинальных значениях , и . Значение в этом случае определяется по электромеханическим характеристикам ТЭД полного поля при номинальном токе проектируемой ЭПМ.= 0,92PТЭД = 431,2 • 687,6 • 0,92 • 10-3 = 272,8 кВт=8 • 30550,31=244402,48 НТяговая характеристика имеет ограничения по сцеплению колес тепловоза с рельсами и максимальному току ЭПМ.Ограничение касательной силы тяги по сцеплению определяется в соответствии с Правилами тяговых расчетов (ПТР) выражением
, Н
где - коэффициент сцепления колеса с рельсом согласно ПТР.
Расчет рекомендуется свести в таблицу 3.
Таблица 3 - Расчет ограничения касательной силы тяги тепловоза по сцеплению
Скорость, км/ч | 0 | 5 | 10 | 20 | 31,7 | |
0,299818 | 0,271846 | 0,251333 | 0,223263 | 0,202459 | ||
, Н | 485888,9 | 440557,1 | 407313,8 | 361823 | 328108,2 |
Страницы: 1, 2
