курсовая работа. У. Шукуров. Курсовой проект системы управления электроподвижным составом студент группы tve707б шукуров У. А
 Скачать 257.09 Kb.
|
|
Ташкентский Государственный Транспортный Университет КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Системы управления электроподвижным составом. Выполнил: студент группы TVE-707Б Шукуров У.А. Проверил: Усмонов К.К. Ташкент-2021г Содержание: Исходные данные Схема силовых цепей электровоза ВЛ80С Параметры и характеристики тяговых двигателей Расчет числа витков обмотки тягового трансформатора Расчет выпрямительной установки Внешние характеристики преобразовательной установки Скоростные характеристики двигателя электровоза Литература Исходные данные: Номинальная скорость  Номинальное напряжение  Номинальная мощность тягового двигателя  Нагрузка на ось  Схема силовых цепей Схема силовых цепей электровоза, система управления которым рассчитывается в курсовом проекте, аналогична схеме электровоза ВЛ80С. По заданию рассмотрим путь тока в режиме тяги для позиции №24 главного контроллера. В цепи высокого напряжения ток протекает от токоприемника 1 через дроссель подавления радио помех ДП, высоковольтный разъединитель 2, главный выключатель 4, фильтр 10 и трансформатор тока ТТ к выводу А первичной обмотки тягового трансформатора 3. Вывод Х первичной обмотки тягового трансформатора 3 соединен с корпусом электровоза через трансформаторы тока. При прохождении тока через первичную обмотку тягового трансформатора 3 в его вторичной обмотке а1-х1, 1-01, а2-х2, 5-02 наводится ЭДС. При 31 позиции регулирования замкнуты контакторные элементы: А, Б, В, Г, 20, 14, 18, 40, 9, 19, 29, 39. В процессе нагрузки ТЭД в первый полупериод напряжения при направлении ЭДС, ток протекает от вывода а1 через контакты разъединителя отключения выпрямительной установки 81, плечо выпрямительной установки 61. По шине В303 запитываются током цепи ТЭД одной группы: через тормозные переключатели 49, разъединители отключения двигателей ОД1, ОД2, реверсивные переключатели 63, обмотки возбуждения и якорные обмотки I, II, шунт амперметра 89, реле перегрузки РП1, РП2, линейные контакторы 52, 52. Далее через сглаживающий реактор 55, разъединитель 81, обмотки 01-Х1, 01-А1 переходного реактора 25 и замкнутые контакты контакторов А, Б, 14, 20 ток приходит на выводы4 и 01 тягового трансформатора и через контакторы 9, 19 возвращается на вывод а1. Другая группа двигателей запитывается аналогично. Во второй полупериод напряжения при направлении ЭДС во вторичной обмотке тягового трансформатора 3, ток протекает от вывода 4 через замкнутые контакты 14, 20, А, Б, через переходной реактор 25 на плечо выпрямительной установки 62, через контакты переключателя отключения выпрямительной установки 82. По шине В403 запитываются током цепи ТЭД одной группы: через тормозные переключатели 50, разъединители отключения двигателей ОД3, ОД4, реверсивные переключатели 64, обмотки возбуждения и якорные обмотки IIIи IV, шунт амперметра 90, реле перегрузки РП3, РП4, линейные контакторы 53, 54. Далее через сглаживающий реактор 56, разъединитель 82, обмотки 0-Х, 0-А переходного реактора 25 и замкнутые контакты контакторов В, Г, 40, 18, выводы 8 и 02 секционированной обмотки тягового трансформатора, через контакторы 29, 39 то приходит на обмотку х2-а2. От вывода а2 через контакты разъединителя отключения выпрямительной установки 81 ток попадает на плечо выпрямительной установки 61. По шине В303 запитываются током цепи ТЭД другой группы: через тормозные переключатели 49, разъединители отключения двигателей ОД1, ОД2, реверсивные переключатели 63, обмотки возбуждения и якорные обмотки I, II, шунт амперметра 89, реле перегрузки РП1, РП2, линейные контакторы 51, 52. Далее через сглаживающий реактор 55, разъединитель 81, обмотку а1-х1 тягового трансформатора 3 и замкнутые контакты контакторов 9, 19 ток возвращается на вывод 4 тягового трансформатора. ПАРАМЕТРЫИХАРАКТЕРИСТИКИТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Номинальный ток двигателя рассчитывается из выражения, характеризующего преобразование потребляемой двигателем электрической мощности в механическую мощность на его валу  где  номинальный ток двигателя, А; номинальное напряжение двигателя, В; = 0,945 — КПД двигателя в номинальном режиме; номинальная мощность на валу, кВт; У мощных тяговых двигателей грузовых электровозов в номинальном режиме падение напряжения на сопротивлении обмоток  составляет около 3% от напряжения на двигателе. Из этогоусловия определяется   Кривую намагничивания тяговой машины для расчетов удобно использовать в виде зависимости  от тока возбуждения  . Произведение конструктивной постоянной  на магнитный поток Ф называется удельной ЭДС Где E – ЭДС двигателя, В; V – скорость движения поезда, км/ч； Значение удельной ЭДС в номинальном режиме  получаем из уравнения   Зависимость удельной ЭДС от тока возбуждения определяется конструктивными особенностями тягового двигателя. В курсовом проекте используем аналитическую зависимость, достаточно точно описывающую вид кривой намагничивания двигателя НБ-418 К6 электровоза ВЛ80с  Где  токвозбуждениявноминальномрежимеПри нормальном возбуждении ток двигателя и ток возбуждения связаны соотношением  Где  коэффициент ослабления возбуждения. Рассчитанные точки зависимости по формуле выше:
Ток двигателя:  Ток возбуждения:  Зависимость удельной ЭДС от тока возбуждения: Сила тяги двигателя зависит от произведения тока двигателя на магнитный поток:  Где  - сила тяги двигателя, кН; -коэффициент, учитывающий потери силы тяги, вызванные механическими и магнитными потерями в тяговом двигателе, а также потерями в передаче. В курсовом проекте зависимость потерь от скорости не учитывается и величина  принимается постоянной.Сила тяги двигателя грузового электровоза ограничивается силой сцепления колес с рельсами.  Где  – нагрузка на ось, кН;Коэффициент сцепления  зависит от скорости движения поезда. Для электровозов переменного тока: Где V – скорость движения км/ч. Максимальная сила тяги может быть реализована при скорости, равной нулю:  Для последующих расчетов нужно знать допустимое значение силы тяги двигателя при трогании на первой позиции  Приэтой силе тяги ускорение одиночного электровоза на площадкедолжно составлять около 0,4  . Ограничение важно для выполнения маневров, особенно в тех случаях, когда электровоз нужнопередвинуть на небольшое расстояние. Значение определяется из уравнение движения одиночного электровоза, имеющегомассу  . Где  – сила тяги электровоза;N – число двигателей электровоза;  – основное сопротивление движению электровоза; – коэффициент инерции вращающихся частей.Преобразование формулы выше даёт:  Где  - удельное основное сопротивление движению электровоза, Н/кН.РАСЧЕТЧИСЛАВИТКОВОБМОТКИТЯГОВОГОТРАНСФОРМАТОРА Число витков обмотки трансформатора рассчитывается таким образом, чтобы на 33-й позиции (согласное включение нерегулируемой и всей регулируемое обмотки) напряжение на двигателях было равно заданному номинальному значению при номинальном токе двигателей .Напряжение на двигателе зависит от тока двигателя из-за зависимости от тока потерь в преобразовательной установке электровоза, в которую входят тяговый трансформатор, устройства регулирования переменного напряжения – главный контроллер и переходные реакторы, выпрямительный установки, сглаживающие реакторы. При холостом ходе среднее значение выпрямленного напряжения связано с действующими значениями переменного напряжений, подаваемых на выпрямительные установки, соотношением:  Здесь в условные обозначения напряжений добавлен индекс «0», обозначающий режим холостого хода, при котором токи нагрузки преобразовательных установок равны нулю. Обозначив для 33-й позиции  , получим Где  – потери напряжения в преобразовательной установке на 33-й позиции.Основная составляющая потерь напряжения обусловлена процессом коммутации вентилей, так как в этот период выпрямленное напряжение равно нулю. Угол коммутации зависит от реактивного сопротивления трансформатора хт и от тока нагрузки выпрямительного моста. Кроме того, снижение выпрямленного напряжения под нагрузкой вызывается падениями напряжения на активных сопротивлениях трансформатора rт и сглаживающего реактора rср, а также падением напряжения на диодах выпрямительного моста. Падение напряжения на диодах незначительно по сравнению с U20н и при расчете им можно пренебречь. Суммарные потери напряжения прямо пропорциональны выпрямленному току. Для расчета их удобно представить в виде падения напряжения на эквивалентном сопротивлении Rэ, включенном в расчетной схеме в цепь выпрямленного тока  Где  – число двигателей, питающихся от одной выпрямительной установки; – эквивалентное сопротивление на 33-й позиции.Для номинального режима:  Произведение  называется приведенным к одному двигателю эквивалентным сопротивлением преобразовательной установки  С учетом  расчетная схема приобретает вид, показанный на рис. Б. Тогда: Из формулы выше можно определить переменное напряжение холостого хода, при котором обеспечивается заданное условие расчета – на 33-й позиции при номинальном токе напряжение на двигателях должно быть номинальным  Зависимость приведенного эквивалентного сопротивления от параметров устройств преобразовательной установки:  Значения  и  зависят от числа витков вторичной обмотки и, следовательно, меняются от позиции к позиции. Обозначая эти параметры для 33-й позиции и получаем: Номинальное реактивное сопротивление трансформатора:  Где  – реактивные потери напряжения в трансформаторе, определяемые из опыта короткого замыкания и выраженные в процентах от номинального переменного напряжения.Коэффициентом 1,25 в формуле выше учитывается соотношение между номинальным напряжением на двигателе и переменным напряжением холостого хода на 33-й позиции. Так же приведено соотношение между и  Для расчета принимаем среднее значение  Активное сопротивление сглаживающего реактора принимается равным 0,007 Ом, что соответствует сопротивлению реактора электровоза  .Число витков вторичной обмотки  на 33-й позиции складывается из числа витков регулируемой обмотки  и числа витков нерегулируемой обмотки  , причем  . От разности и зависит напряжение на двигателях на первой позиции. Эту разность обозначаем  , где 21 – число витков вторичной обмотки на первой позиции Соотношение между напряжением на обмотке трансформатора при холостом ходе и числом витков этой обмотки обозначается  . Величина зависит от мощности трансформатора. Для тяговых трансформаторов грузовых электровозов  . Для расчета принимаем среднее значение  . Тогда переменное напряжение на первой позиции при холостом ходе определяется выражением А напряжение на двигателе  Где  – приведенной эквивалентное сопротивление преобразовательной установки на первой позиции; - падение напряжения на диодах выпрямительной установки.На первой позиции оказывается соизмеримым с  и поэтому пренебрегать им нельзя. Ориентировочное значение при токе двигателей, равном току трогания на первой позиции, составляет 10 В.При нулевой скорости ток двигателя на первой позиции должен быть равен полученному из графика значению  . Учитывая, что при  , тогда получаем: При расчете принимается  . Увеличение связано с увеличением потоков рассеяния при встречном включении обмоток, а так же с наличием в цепи протекания тока двигателей полу обмотки переходного реактора.Переменное напряжение на первой позиции при холостом ходе:  Регулируемая обмотка имеет четыре секции, все они имеют одинаковое число витков  . Суммарное число витков обмотки на 33-1 позиции: Где  – округленное до целого числа значение .В то же время  Из формулы количества витков секций регулируемой обмотки получаем:  Расчетное число витков вторичных обмоток на 33-й позиции:  Расчетное значение ЭДС обмоток, приходящихся на один виток:  По значению  и напряжению контактной сети  определяется число витков первичной обмотки трансформатора  и коэффициент трансформации  на 33-й позиции. Коэффициент трансформации  Ток вторичных обмоток в номинальном режиме  Ток первичных обмоток в номинальном режиме  Расчет выпрямительной установки Плечи выпрямительных установок состоят из нескольких параллельных ветвей, в каждой из которых содержится несколько последовательно соединенных диодов. Пример схемы сомта приведен на рис.1. Так как используются лавинные диоды, шунтирующие цепи в схеме отсутствуют. Число последовательно соединенных диодов рассчитывается таким образом, чтобы при пробе одного диода наибольшее обратное напряжение на каждом из оставшихся не превышало максимально допустимого значение. Наибольшее обратное напряжение на плече моста равно амплитудному значению переменного напряжения на 33-й позиции при наибольшем напряжении в контактной сети  Где 1,16 – коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в контактной сети на 16% по сравнению с номинальным напряжением 25 кВ;  – коэффициент, связывающий амплитудное и действующее значение переменного напряжения.М  аксимально допустимое напряжение, которое может периодически прикладываться к диоду в обратном направлении, называется повторяющимся напряжением  . Значение в вольтах равно классу диода, умноженному на сто.Число последовательно соединенных диодов в каждой параллельной ветви: Число параллельных ветвей в плече моста рассчитывается таким образом, чтобы при наибольшем рабочем токе нагрузки моста среднее значение тока через каждый диод не превышало максимально допустимого. Для каждого типа диодов нормируется максимально допустимый средний ток, который называется предельным током  . Значение зависит от условий охлаждения диода и закона изменения тока через диод. Для расчета принимаем величину , которая указывается последнее группой цифр в условном обозначении диода. И так для ДЛ171-320, равен 320А.В мостовой схеме в течение одного полупериода питающего напряжения через плечо проходит ток, равный току нагрузки моста  , в течение следующего полупериода ток плеча равен нулю. Следовательно, среднее значение тока плеча  составляет 0,5 . Нагрузкой каждой выпрямительной установки электровоза являются два двигателя, т.е.  , а  Ток двигателя в рабочем режиме не может превышать значение  , определенное в разделе 2. С учетом этого число параллельных цепей в плече моста рассчитывается из выражения Где  – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока между параллельными ветвями, связанное раз бросом вольтамперных характеристик диодов; – коэффициент, учитывающий снижение предельного тока из-за подогрева охлаждающего воздуха при прохождении его через выпрямительную установку.Тип и класс используемых диодов выбирается по наименьшей стоимости выпрямительной установки.
Выбираем диоды по наиболее оптимальной цене – 3720, где  .Оценка погрешности проводим с допущением, что прямое напряжение на диоде  . С учетом того, что ток нагрузки ВУ проходит черед два плеча моста, фактическое напряжение на двигателе будет отличаться от расчетного на величину  . Относительная погрешность расчета в процентах определяется выражением  Значение  приводится в технических условиях на диоды. Для расчета принимаем  .Погрешность можно считать приемлемой, если она не превышает 1-2%. В противном случае падение напряжения на диодах моста должно учитываться при расчете .В данном случае погрешность является приемлемой, так как 0,6<1%. Внешние характеристики преобразовательной установки Среднее значение выпрямленного напряжения и равное ему напряжение на двигателях уменьшаются с увеличением тока двигателей из-за изменения потерь в преобразовательной установке  Где  – выпрямленной напряжение холостого хода; – приведенное эквивалентное сопротивление преобразовательной установки.Эта зависимость называется внешней характеристикой преобразовательной установки. Значения и меняются от позиции к позиции. На первой позиции величина зависит от разности чисел витков нерегулируемой и регулируемой обмоток При переходе с позиции на позицию изменяется на половину напряжение секции 0,5  значение напряжения  или  . При холостом ходе напряжение секции При каждом переходе с позиции i на позицию i+1 выпрямленное напряжение холостого хода меняется на одну и ту же величину  Выпрямленное напряжение холостого хода на любой i-й позиции  Напряжение на двигателе на i-й позиции  Где  – приведенное эквивалентное сопротивление преобразовательной установки на i-й позиции. определяется по эмпирической зависимости Где  – рассчитанное ранее значение на 33-й позиции; – коэффициент регулирования напряжения на i-й позиции График зависимости  представляет из себя прямую линию. Строится он по двум расчетным точкам, которые выбираются таким образом, чтобы характеристики лежали в рабочем диапазоне токов и напряжений. Первой точкой является при I = 0, т.е. значение  . Чтобы не получить отрицательных значений расчетных напряжений, вторые точки для начальных позиций 1-6 берутся на оси абсцисс, т.е. они отвечают условию  , для которого расчетный ток  определяется: Для остальных позиций в качестве расчетного, принимаем ток  .Скоростные характеристики двигателя электровоза Напряжение на двигателе равно сумме ЭДС двигателя  и падение напряжения на сопротивления обмоток двигателя Тогда уравнение скоростной характеристики двигателя для i-ой позиции  Для построения семейства скоростных характеристик, рассчитаем соответствующие значения скорости. Для позиций 7-33 рассчитываем токи равными  ;  ; ;  ;  .Для позиций 1-6 максимальное значение тока должно соответствовать условию V=0. При этом последняя расчетная точка характеристики будет находиться на оси абсцисс. Обозначив ток, соответствующий условию V=0, как  получаем: Значение  определяем из графика зависимости  с учетом соотношения .Результаты расчета точек скоростных характеристик позиций 1-6 и позиций 7-33 сводим в две отдельные таблицы: Литературы Плакс А.В. Системы управления электрическим подвижным составом. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. — М.: Маршрут, 2005. — 360 с. Николаев А.Ю., Сесявин Н.В. Устройство и работа электровоза ВЛ80с: Учебное пособие для учащихся образовательных учреждений железнодорожного транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку / Под ред. А.Ю. Николаева. — М.: Маршрут, 2006. — 512 с. Т и х м е н е в Б. Н., Т р а х т м а н Л. М. Подвижной состав электрических железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. — М.: Транспорт, 1980. Электровоз ВЛ80с. Руководство по эксплуатации. — М.: Транспорт, 1990. Проектирование систем управления электроподвижным составом/Н. А. Ротанов, Д.Д. Захарченко, А. В. Плакс, В.И. Некрасов, Ю. М. Иньков; Под ред. Н.А. Ротанова — М.: Транспорт, 1986. Правила тяговых расчетов для поездной работы. — М.: Транспорт, 1985. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник/О.Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. — М.: Энергоатомиздат, 1985. А в а т к о в А. А. Системы управления электроподвижным составом. Задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов V курса специальности ЭПС. — М.: РГОТУПС, 2000. Б у р к о в А.Т. Электронная техника и преобразователи. — М.: Транспорт, 1999. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
