Расчёт систем управления электрическим подвижным составом

Характеристика двигателя и силовая схема электровоза. Определение параметров преобразовательной установки и скоростных характеристик. Расчёт системы реостатного торможения. Расчет тяговых электрических двигателей и систем управления подвижным составом.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 12.02.2015
Размер файла 838,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Петербургский государственный университет путей сообщения

Кафедра "Электрическая тяга "

Контрольная работа

Расчёт систем управления электрическим подвижным составом

Выполнил: Люлин-Кайдак А.С.

Студент группы: 10-ЭТц-217

Санкт-Петербург - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные данные

1. Характеристика двигателя и силовая схема электровоза

2. Расчёт основных параметров преобразовательной установки

3. Расчёт скоростных характеристик

4. Расчёт системы реостатного торможения

5. Параметры основных тяговых электрических аппаратов и оборудования

Заключение

Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

Основной целью данной контрольной работы является приобретение практических навыков по выбору основных параметров электрооборудования, расчету характеристик и разработке схем электрических цепей ЭПС.

Данная контрольная работа разрабатывается на уровне эскизного проекта, т.е. это совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющее назначение и основные параметры.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номинальное напряжение контактной сети, - Uс25 кВ;

Частота напряжения контактной сети, - f50 Гц;

Количество ведущих осей, - Nд8;

Давление на ось колесной пары, Рст - 240 кН;

Номинальная мощность тягового двигателя, - Рн'900 кВт;

Скорость движения в номинальном режиме, - Vн58 км/ч;

Номинальное напряжение на ТЭД, Uдн - 1100 В;

1. Характеристика двигателя и силовая схема электровоза

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

1. Расчёт и построение исходных характеристик двигателя

1.1 Номинальный (часовой) ток тягового двигателя

,

где РН - номинальная мощность тягового двигателя, Вт;

UДН - номинальное напряжение на ТЭД, В;

ДН - коэффициент полезного действия (КПД) тягового двигателя на его на его валу в номинальном режиме

ДН - определяем по данным, приведенным в [1], в зависимости от номинальной мощности ТЭД ДН=0,94

А

Сила тяги двигателя в номинальном режиме

,

где ЗН - КПД движущего механизма с зубчатой передачей в номинальном режиме;

VН - скорость движения в номинальном режиме, м/с

Принимаем ЗН=0,98

кН

1.2 Таблица расчётных точек скоростных и электротяговых характеристик

Таблица 1

Ток двигателя, I/Iн, А

Скорость движения V/Vн,км/ч

Сила тяги Fкд/Fкдн, кН

Нормальное возбуждение, Я=0,96

Ослабленное возбуждение, Я

Нормальное возбуждение, Я=0,96

Ослабленное возбуждение, Я

0,70

0,52

0,43

0,70

0,52

0,43

150

119,48

-

-

-

3,285

-

-

-

376

81,2

93,38

114,84

-

20,255

16,971

13,686

10,949

602

63,8

71,92

81,2

95,7

41,058

36,131

31,752

27,920

752

58

63,8

72,5

81,2

54,745

49,818

44,891

40,511

977

53,36

58

63,8

69,6

77,190

71,168

65,146

60,220

1203

49,3

53,94

58,58

62,64

99,088

91,971

85,949

79,380

1429

46,4

51

55,1

59,16

120,986

113,322

106,205

98,541

2. Расчёт ограничений рабочей области характеристик двигателя

2.1 Расчётная таблица зависимости максимально допустимого тока по условиям сцепления от скорости движения Iмах(V)

Таблица 2

V,км/ч

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ш,

0,36

0,31

0,29

0,28

0,27

0,26

0,25

0,247

0,24

0,23

0,226

Fк мах, кН

86,4

74,4

69,6

67,2

64,8

62,4

60

59,28

57,6

55,2

54,24

Iмах, А

1070

940

900

870

850

820

790

780

770

760

750

где Ш - коэффициент сцепления,

Р'сц - заданная нагрузка на ось, кН

По рассчитанным значениям FКмах из характеристик Fкд(I) для нормального поля определяются соответствующие значения тока Iмах

2.2 Максимальная величина тока при трогании Iтр мах=1070 А

2.3 Ограничивающая величина тока при трогании на первой позиции Iтр0

где г =0,25 - коэффициент инерции вращающихся частей;

щ'о =2,00 - расчётное удельное основное сопротивление движению электровоза;

=0,4 м/с2 - расчётное ускорение одиночного электровоза на первой позиции

Из графика характеристик (рис.1) Iтр0=260 А, Vмах=58,5 км/ч

силовой электрический реостатный электровоз

3. Схема силовых цепей электровоза

Рис. 2

3.1 Таблица замыкания контакторов ГП и контакторов ослабления возбуждения Ш

Рис. 3

2. Расчёт основных параметров преобразовательной установки

4. Схема включения вентилей в одном плече моста и определение общего количества вентилей на электровозе

4.1 Расчёт числа последовательно включённых вентилей в каждом плече моста

где Uп обр - повторяющееся напряжение вентиля, которое зависит от класса вентиля.

4.2 Расчёт числа параллельно включённых цепей вентилей в каждом плече моста

где Iнв - номинальный ток вентиля, равный 200 А для вентиля типа ДЛ-161-200 и 320 А для вентиля типа ДЛ-171-320;

k1 =0,85 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока между параллельными ветвями в плече моста;

k2 =0,9 - коэффициент, учитывающий подогрев воздуха при прохождении его через выпрямительную установку, в результате чего последние вентили охлаждаются подогретым воздухом;

ад - число параллельно включённых двигателей, питающихся от одного выпрямительного моста;

Iр = Iтр мах = 1070 А.

,

4.3 Таблица для выбора типа и класса вентилей

Таблица 4

Тип вентиля

Класс вентиля

ав

тв

Общее количество вентилей на электровозе

Стоимость комплекта вентилей на электровозе

По формуле

После округления

По формуле

После округления

ДЛ-161-200

7

6,99

7

4,19

4

640

5642 р.

8

3,85

4

512

5101,4 р.

9

3,56

4

512

5420,7 р.

10

3,21

3

384

4646,4 р.

ДЛ-171-320

7

4,3

4

4,19

4

400

5240 р.

8

3,85

4

320

4320 р.

9

3,56

4

320

4768 р.

10

3,21

3

240

3912 р.

4.4 Схема включения вентилей

Рис. 4

4.5 Расчёт токов в параллельных ветвях плеча моста

где Iр - принимается равным максимальному току трогания Iтр мах=1070 А

Подбор вентилей необходим для достижения равномерного распределения тока между параллельными ветвями, поэтому в каждое плечо моста устанавливаются вентили с близкими значениями прямого падения напряжения. Падение напряжения на вентиле определяется его вольтамперной характеристикой, которая для расчётов апроксимируется прямой, не проходящей через начало координат.

5. Расчёт номинального напряжения холостого хода вторичной обмотки трансформатора

5.1 Индуктивное сопротивление трансформатора

,

где Uх=10% - реактивные потери напряжения в трансформаторе

по найденному значению U'20н рассчитываем хтн и rтн

5.2 Активное сопротивление трансформатора

rср =0,007 Ом - активное сопротивление обмотки сглаживающего реактора

5.3 Номинальное эквивалентное сопротивление преобразовательной установки, приведённое к одному двигателю

5.4 Номинальное напряжение холостого хода вторичной обмотки трансформатора

6. Расчёт числа витков обмоток трансформатора и выпрямленных напряжений холостого хода по ступеням регулирования

6.1 Число витков секции щср

где Ео=20 В/виток - принятая средняя величина числа вольт на виток

6.2 Разность между числом витков нерегулируемой и регулируемой обмотки щ21р, от которой зависит напряжение на 1-ой позиции

6.3 Полное расчётное число витков вторичной обмотки щ

6.4 Расчётное значение ЭДС на 1 виток обмотки Еор

6.5 Число витков первичной обмотки трансформатора щ1

где Uс=25000 В - напряжение контактной сети

6.6 Выпрямленное напряжение холостого хода на первой ступени регулирования Uво1

6.7 Расчётный прирост (бросок) выпрямленного напряжения холостого хода ?Uво

6.8 Расчётная таблица

Таблица 5

Ступени регулирования (позиции)

Uво, В

R'э, Ом

Iтр, А

В

В

1

54

0,215

192

12,72

-195,4

2

94,5

0,197

359

23,78

-134,02

3

135

0,184

540

35,64

-78,44

4

175,5

0,173

734

48,52

-25,18

5

216

0,162

947

62,59

28,08

6

256,5

0,153

1171

77,34

79,02

7

297

0,145

128,8

8

337,5

0,139

176,26

9

378

0,133

223,72

10

418,5

0,128

270,02

11

459

0,124

315,16

12

499,5

0,122

357,98

13

540

0,118

403,12

14

580,5

0,117

444,78

15

621

0,117

485,28

16

661,5

0,117

525,78

17

702

0,118

565,12

18

742,5

0,119

604,46

19

783

0,12

643,8

20

823,5

0,123

680,82

21

864

0,126

717,84

22

904,5

0,13

753,7

23

945

0,135

788,4

24

985,5

0,14

823,1

25

1026

0,144

858,96

26

1066,5

0,15

892,5

27

1107

0,155

927,2

28

1147,5

0,16

961,9

29

1188

0,165

996,6

30

1228,5

0,17

1031,3

31

1269

0,178

1062,52

32

1309,5

0,183

1097,22

33

1350

0,188

1131,92

7. Расчёт внешних характеристик преобразовательной установки

7.1 Расчётная таблица

Таблица 6

Uво/Uвон

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Uво, В

0

135

270

405

540

675

810

945

1080

1215

1350

R'э/R'эн

1,25

0,98

0,8

0,68

0,63

0,62

0,65

0,72

0,81

0,9

1,0

R'э, Ом

0,235

0,184

0,15

0,128

0,118

0,117

0,122

0,135

0,152

0,169

0,188

7.3 Из построенного графика зависимости R'э(Uво) рис.5 определяем значения R'э в соответствии со значениями Uво на этих позициях

7.4 Сопротивление обмотки двигателя rд

7.5 Токи трогания Iтрi

7.6 Выпрямиленные напряжения на двигателе Uдi при токах трогания

7.7 Выпрямленные напряжения на двигателе при токе Iд=1,6Iн

7.8 Ток трогания на 1-ой ступени регулирования Iтр1=192 А, и ток Iтр0=290 А.

Система регулирования напряжения нужна для того, чтобы уменьшить ток в первоначальный момент трогания электровоза, тем самым система регулирования напряжения обеспечивает плавный разгон электровоза.

3. Расчёт скоростных характеристик

8. Графический расчёт и построение скоростных характеристик

8.1 Графики функций скорости движения в зависимости от напряжения на двигателе V(Uд) при токах трогания построены на рис.6 во втором квадрате

8.2 Внешние характеристики преобразовательной установки построены на рис.6 в четвёртом квадрате

8.3 Графики функций регулирования V(Uво) для токов I1,I2,I3,I4,I5 построены во втором квадрате рис.6

8.4 Скоростные характеристики регулирования при нормальном возбуждении построены в первом квадрате рис.6

8.5 Расчётная таблица скоростных характеристик двигателя при ослабленном возбуждении

Таблица 7

I/Iн, А

0,40

0,50

0,70

0,85

1,00

1,25

1,60

1,90

I, А

290

362,5

507,5

616,25

725

906,25

1160

1377,5

Vоп1/Vн

2,12

1,75

1,37

1,21

1,10

0,98

0,85

0,74

Vоп1, км/ч

131,44

108,5

84,94

75,02

68,2

60,76

52,7

45,88

Vоп2/Vн

-

2,20

1,60

1,39

1,25

1,08

0,93

0,82

Vоп2, км/ч

-

136,4

99,2

86,18

77,5

66,96

57,66

50,84

Vоп3/Vн

-

-

1,93

1,60

1,40

1,18

1,02

0,89

Vоп3, км/ч

-

-

119,66

99,2

86,8

73,16

63,24

55,18

8.6 Скоростные характеристики двигателя при ослабленном возбуждении построены в первом квадрате рис.6

9. Построение пусковой диаграммы

9.1 Ограничения по току и по скорости, нанесённые на сетку скоростных характеристик рис. 6

9.2 Пусковая диаграмма, построена на графике семейства скоростных характеристик в области максимально допустимых токов двигателя рис.6

4. Расчёт системы реостатного торможения

10. Расчёт основных параметров выпрямительной установки возбуждения (ВУВ) и кривой намагничивания тяговой машины

10.1 Упрощённая принципиальная схема питания обмоток тяговых машин

Рис. 7

10.2 Максимальное и минимальное значения тока в обмотках возбуждения Iв мах, Iв мин

,

где Uвув0 - выпрямленное напряжение, равное среднему за полупериод напряжению секции обмотки трансформатора

В,

В,

В,

10.3 Максимальное обратное напряжение на тиристорах ВУВ

Класс вентиля 10, тогда максимальное обратное напряжение

Uобр

10.4 Расчётная таблица кривой намагничивания машины СvФ(Iв)

Таблица 8

I, А

192

359

540

734

947

Uд = СvФVj + Irд

668

870

1090

1245

1350

Irд

12,67

23,69

35,64

48,44

62,50

Е = Uд - Irд

655,33

846,31

1054,36

1196,56

1287,5

10,239

13,224

16,474

18,696

20,117

Vj = 64 км/ч

11. Выбор величины сопротивления тормозного резистора и расчёт ограничений рабочей области тормозных характеристик

11.1 Сопротивление тормозного резистора Rт

Ом

11.2 Координаты расчётных точек для построения линий ограничения тормозной силы по максимальному и минимальному току возбуждения Iв мах, Iв мин, где - сопротивление обмоток якоря и дополнительных полюсов

Ом,

км/ч

кН

V = 20 км/ч,

кН,

где - коэффициент, учитывающий потери силы в машине и редукторе в процессе преобразования энергии

11.3 Расчётная таблица для построения кривой ограничения тормозной силы по мощности тормозного резистора Ртр мах

кВт

;

кН

Таблица 9

V, км/ч

50

60

70

80

90

100

110

124

Вк, кН

54,88

45,73

39,2

34,3

30,49

27,44

24,95

22,13

11.4 Расчётная таблица ограничений тормозной силы по сцеплению Вк мах(V)

Таблица 10

V, км/ч

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

124

Ш

0,29

0,25

0,23

0,20

0,19

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

Вк мах, кН

66,7

57,5

52,9

46

43,7

39,1

36,8

32,2

29,9

27,6

25,3

23

20,7

Vмах = 2Vн =км/ч

Вк мах =кН

11.6 Расчёт и построение на графике тормозной характеристике, соответствующей постоянному значению угла регулирования

В,

В

,

км/ч

кН

5. Параметры основных тяговых электрических аппаратов и оборудования

12. Перечень основных тяговых аппаратов и оборудования

Таблица 11

Обозначение по схеме

Наименование аппаратов и оборудования

Расчётные номинальные данные

Количество

Примечание

Напряжение

Ток

П

Токоприёмник

25 кВ

500 А

1

ДП

Дроссель помехоподавления

25 кВ

400 А

1

ГВ

Выключатель воздушный

25 кВ

400 А

1

ТР

Тяговый трансформатор

25 кВ

1750 А

1

ГП

Главный контроллер

3100 В

1300 А

1

ПР

Переходный реактор

1500 В

1270 А

2

ВУ

Выпрямительный мост

1350 В

3200 А

2

СР

Сглаживающий реактор

1500 В

1700 А

2

I-IV

Тяговый электродвигатель

950 В

880 А

4

ВУВ

Блок выпрямительной установки возбуждения

580 В

850 А

2

ТР

Тормозной резистор

2000 В

830 А

4

БРД

Блок дифференциальных реле

2500 В

1500 А

1

Р-ВП, Р-НЗ, ТП-М,ТП-Т

Переключатель кулачковый двух позиционный

3000 В

850 А

1

А

Амперметр М151

75 В

1500 А

2

V

Вольтметр М151

1500 В

5 А

1

13. Параметры и действие основных видов защиты силовых цепей электровоза

Таблица 12

Причина срабатывания защиты

Аппараты защиты

Величина параметра настройки защиты

Конечный результат действия защиты

Короткое замыкание в трансформаторе

ГВ

250 А

Отключение ГВ

Атмосферные перенапряжения

Высоковольтный разрядник

58 кВ

Срабатывание разрядника

Коммутационные перенапряжения на выпрямительной установке

Вилитовый разрядник ВР1 и ВР2

2,2-2,7 кВ

Срабатывание разрядника

Короткое замыкание в ТД или ВУ

ГВ

Отключение ГВ

Пробой на землю изоляции силовой цепи ТД

Реле заземления

230-260 В

Отключение ГВ

Перегрузка тягового двигателя

Реле перегрузки РП 1-РП 4

1300 А

Отключение ГВ через промежуточное реле

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной контрольной работе был произведен расчет основных параметров электрооборудования, построены внешние и скоростные характеристики, разработана схема электрических цепей электровоза переменного тока.

При разработке схемы электрических цепей учтена возможность применения реостатного торможения с независимым возбуждением тяговых двигателей.

Все основные параметры электрооборудования являются средними для современных электровозов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Расчёт систем управления электрическим подвижным составом. Учебное пособие. Плакс А.В., Мазнев А.С. Л., ЛИИЖТ, 1986, 74с.

2. Электровоз ВЛ80т. Руководство по эксплуатации / под ред. Б.Р. Бондаренко. - М., Транспорт, 1977 - 568 с.

3. Методические указания к выполнению курсового проекта. Системы управления электрическим подвижным составом. Москва - 1987.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расчет пусковых характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Определение сопротивления включаемого в якорную цепь и дополнительного сопротивления динамического торможения. Расчет и схема пускового реостата асинхронного двигателя.

    задача [260,0 K], добавлен 30.01.2011

  • Пусковые свойства асинхронных двигателей. Расчёт намагничивающего тока. Параметры рабочего режима. Расчёт размеров зубцовой зоны. Масса активных материалов и показатели их использования. Расчёт рабочих характеристик двигателя. Расчёт обмотки статора.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 10.03.2014

  • Расчет параметров обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М. Клосса и в режиме динамического торможения.

    курсовая работа [827,2 K], добавлен 23.11.2010

  • Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным. Расчеты параметров обмоток статора и ротора, характеристики двигателя в двигательном режиме и в режиме динамического торможения.

    курсовая работа [801,8 K], добавлен 03.04.2010

  • Главные размеры асинхронной машины и их соотношения. Обмотка, пазы и ярмо статора. Параметры двигателя. Проверочный расчёт магнитной цепи. Схема развёртки обмотки статора. Расчёт пусковых сопротивлений. Схема управления при помощи командоконтроллера.

    курсовая работа [618,0 K], добавлен 21.05.2013

  • Принципиальная электрическая схема электровоза. Расчет сопротивления реостата и шунтирующих резисторов; скоростных и электротяговых характеристик электровоза постоянного тока при реостатном регулировании на последовательном и параллельном соединениях.

    контрольная работа [357,0 K], добавлен 13.03.2013

  • Определение понятия электропривода, классификация и типы двигателей мехатронных систем. Мотор-редукторы: коллекторные двигатели постоянного тока. Устройство электродвигателя и принцип его работы, область его использования. Расчёт ленточного конвейера.

    курсовая работа [707,9 K], добавлен 04.04.2012

  • Расчёт основных электрических величин и изоляционных расстояний трансформатора. Определение параметров короткого замыкания. Окончательный расчёт магнитной системы. Определение параметров холостого хода. Тепловой расчёт трансформатора, обмоток и бака.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 08.06.2014

  • Параметры и структура автоматизированного электропривода. Алгоритм управления и расчёт параметров устройств управления, их моделирование, а также определение и оценка показателей качества. Разработка принципиальной электрической схемы, выбор её элементов.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 03.01.2010

  • Схема преобразователя частоты и выбор элементов его защиты. Расчёт параметров выпрямителя, его силовой части и параметров силового трансформатора. Анализ функционирования систем управления управляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения.

    курсовая работа [1015,1 K], добавлен 29.06.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.