Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

1. Вихідні дані

2. Вибір та обґрунтування силової схеми тягового електропривода для заданого типу локомотива

3. Вибір та обґрунтування схеми автономного інвертора напруги

4. Розрахунок та побудування тягових та регулювальних характеристик для трьох зон регулювання

Висновки

Перелік використаної літератури



1. Вихідні дані

Тип локомотива ВЛ82

Тип ТАД НБ607

715

Технічні параметри тягового асинхронного двигуна:

Конструкційний коефіцієнт - 201

Число фаз - m 3

Кількість полюсів - 2р 6

Потужність - Р, кВт 720

Фазна напруга - , В 750

Струм - , А 515

Базова частота - , Гц 51,5

Частота ковзання - , Гц 0,511

Коефіцієнт потужності - cosц1 0,85

Активний опір статора - , Ом 0,016

Активний опір ротора, приведений до опору статора - , Ом 0,016

Реактивний опір розсіювання статора - , Ом 0,11

Реактивний опір розсіювання ротора, приведений до опору статора - , Ом 0,188

Частота обертання - n, об/хв. 1015

ККД - з, в.о. 0,94

2. Вибір та обґрунтування силової схеми тягового електропривода

Силова схема тягового електропривода повинна забезпечувати роботу АТД в режимах тяги та електричного рекуперативного, реостатного або рекуперативно-реостатного гальмування у всьому діапазоні змінення швидкості руху. При цьому перехід від одного режиму роботи до іншого не повинен супроводжуватися стрибкоподібними змінами сил, які діють на потяг.

Для можливості реалізації тяговим двигуном будь-якої характеристики в областях, обмежених граничними тяговою і гальмівною характеристиками, перетворювач повинен забезпечувати незалежне регулювання частоти струму статора АТД в діапазоні від 0,5-1,0 до 100-150 Гц і амплітуди першої гармоніки напруги на обмотках двигуна від мінімальної, з урахуванням компенсації падіння напруги на обмотках статора, до максимальної, рівної або яка перевищує номінальні напругу статора.

Силова схема ЕРС може складатися з вхідного та вихідного перетворювачів, які призначені відповідно для того, щоб регулювати вихідну напругу та перетворювати напругу однієї частоти в напругу іншої частоти.

В ролі вхідного перетворювача для ЕРС постійного струму, може використовуватися імпульсний перетворювач, де зміна напруги може бути здійснена методами широтно-імпульсного або частотно-імпульсного регулювання, для ЕРС змінного струму вхідним перетворювачем може бути некерований, керований випрямляч або чотириквадрантний перетворювач, а вихідним в обох випадках є автономний інвертор напруги (АІН).

При виборі того або іншого варіанта вхідного і вихідного перетворювачів потрібно виходити з конкретного типу ЕРС та умов роботи асинхронного тягового привода і забезпечення необхідних техніко-економічних показників.

Електровоз ВЛ-85 був спроектований, як вантажний електровоз змінного струму. Висмивісні двосекційні електровози змінного струму ВЛ85, обладнаний колекторними тяговими електродвигунами, і експлуатується на залізничних лініях, електрифікованих на змінному струмі напругою 25 кВ 50 Гц. Електровоз ВЛ85 обладнаний рекуперативним гальмуванням.

Основні недоліки тягового електроприводу постійного струму :

- наявність колектора,

- необхідність профілактичного обслуговування колекторно-щіточних вузлів,

- обмежений термін служби через зношення колектора,

- наявність ковзаю чого контакту між щіткою і колектором,

- ковзаючий контакт є джерелом радіоперешкод,

- спотворення магнітного поля, самоіндукції і т.д.,

- високий ризик пробою колектора чи обмотки.

3. Вибір та обґрунтування схеми автономного інвертора напруги

АІН, перетворювачі постійної напруги в змінну, набули широкого розповсюдження в тяговому і промисловому частотно-регульованому електроприводі з АД. АІН формують на виході змінну напругу заданої прямокутно-ступінчастої форми, а форма кривої струму визначається властивостями навантаження.

Досягнення високих динамічних показників привода вимагають, щоб швидкодія перетворювачів була на порядок більше, ніж швидкість протікання електромагнітних процесів в АТД, а для реалізації граничних за умовами зчеплення коліс з рейками сил тяги (гальмування) перетворювач повинен витримувати короткочасні перенавантаження по струму.

Кращі результати можуть бути отримані при використанні тиристорів і діодів з такими параметрами по струму і напрузі, які дозволяють застосовувати в плечі АІН один напівпровідниковий прилад.

Дискретність процесів перетворення викликає значні пульсації електормагнітного моменту АТД, а імпульсний характер споживання потужності від джерела первинно електропостачання робить заважаючий вплив на інших споживачів, а також пристрої СЦБ та зв`язку. Тому перетворювачі повинні забезпечувати таку форму напруги та струму на АТД, які не приводили б до значних зростань втрат в двигуні, виключали динамічні навантаження на механічну передачу привода.

Чисельні дослідження останніх років показали, що оптимальними характеристиками для електричної тяги володіє асинхронний тяговий привід (АТП) з автономними інверторами напруги на базі силових високовольтних модулів з використанням IGBT-транзисторів і системи широтно-імпульсної модуляції. Широко відомі зарубіжні фірми «Simens», «Adtrans» та інші ведуть інтенсивні розробки в цьому напрямі.

Напівпровідникові перетворювачі служать для перетворення параметрів електричної енергії, що поступає від джерела до споживача -- навантаження. При цьому в силових напівпровідникових перетворювачах використовуються напівпровідникові ключі (тиристори, транзистори), які відповідно до сигналів управління сполучають відповідні виводи джерела і споживача. У загальному випадку джерела і споживачі можуть мати складну електричну схему і містять декілька фаз.

Фазний модуль є однією половинкою мостової схеми, що пояснює використання терміну «напівмостова» схема включення транзисторів (іноді зустрічається термін «напівміст»).

Вибираючи один із варіантів, необхідно отримати форму кривої фазної напруги, яка має вміст першої гармоніки у загальному дійсному значенні, забезпечує умову повної електромагнітної сумісності автономного інвертора напруги та асинхронного тягового електродвигуна у всіх робочих режимах. Також необхідно зазначити, що всі комутуючі елементи для комутаційного захисту забезпечують снабберами.

Автономний інвертор - це перетворювачі постійного струму в змінний однофазний або багатофазний струм, комутація струму в яких відбувається незалежно від процесів в зовнішніх електричних колах завдяки допоміжних комутуючих приладів всередині самого перетворювача. Одним з найбільш перспективних напрямків удосконалення сучасних систем асинхронного електропривода є застосування трифазних тягових блоків АІН - АД.



Рисунок 2.1 - Трифазний трирівневий інвертор

У сукупності всі нові технічні рішення, а також оптимальні алгоритми автоматичного управління БАСУ, МПСУ і системи безпеки дозволяють отримати наступні техніко-економічні переваги:

- підвищення тягово-енергетичних і експлуатаційних показників (зниження споживання електроенергії на 25 - 35 %, експлуатаційних витрат на планові і непланові ремонти 30 - 40 %);

- уніфікація тягових асинхронних приводів, мікропроцесорних систем управління, моторних візків і іншого устаткування для приміських електропоїздів постійного і змінного струму, а також подвійного живлення і експресів підвищеної комфортності місцевого сполучення для швидкостей до 160 км/г.



4. Розрахунок та побудування тягових та регулювальних характеристик для трьох зон регулювання

Розрахунок струму статора для трьох зон регулювання

Розрахунок значення електрорухомої сили ротора ,

(4.1)

де - постійна конструкційна машини ;

- номінальний магнітний потік;

- номінальна частота струму статора (базова частота).

Розрахунок номінального значення індуктивного опору ,Ом,

де - струм намагнічування.

Але, так як, даний нам у відносних одиницях ,то треба його перевести в Ампери.

Передаточний коефіцієнт для номінального режиму ,

Де - номінальний струм двигуна.



Таким чином отримуємо:

Таблиця 4.1

	73,0152	146,0304	182,538	219,0456	292,0608
Ф, Вб	0,0291	0,0546	0,0635	0,0712	0,0805

Тоді:

Розрахунок передаточного коефіцієнта

Розрахунок величини фазного струму статора



Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.2 та будуємо графіки таких залежностей: а також графік залежності та її апроксимацію.

Таблиця 4.2

Параметри
Крок	, Вб	, В	,А	, Ом	•	, А
Результати розрахунків
1	0,0291	301,2286	73,0152	4,12556	0,1409	206,5294
2	0,0546	565,1919	146,0304	3,87	0,132	413,6363
3	0,0635	657,32	182,538	3,601	0,12299	516,3021
4	0,0712	737,0268	219,0456	3,3647	0,11492	619,5614
5	0,0805	833,2957	292,0608	2,853	0,09744	826,1494

Рисунок 4. 1 Залежність



Рисунок 4. 2 Залежність

Рисунок 4. 3 Залежність

Рисунок 4. 4 Залежність

Рисунок 4. 5 Залежність та ії апроксимацію

Розрахунок першої зони - зони пуску, заданому закону регулювання

=const, , , .

Початкові умови розрахунку в І зоні

де V - швидкість руху електропоїзда;

в - параметр абсолютного ковзання (відносна частота струму ротора);

б - відносна частота струму статора.

Кінцеві умови розрахунку в І зоні

де Р - активна потужність на вході двигуна;

- максимальна активна потужність на вході двигуна;

- швидкість електропоїзда в кінці І зони;

- фазна напруга.

Розрахунок коефіцієнтів розсіювання.

де - індуктивний опір статора;

- приведений індуктивний опір ротора.

Розрахунок параметра абсолютного ковзання

Де - приведений активний опір статора.

Величину беремо для заданого значення із побудованих графіків.

Розрахунок пускової потужності

де - кількість фаз машини;

- активний опір статора;

- проміжна величина.

.

Визначення кроку розрахунку тягових характеристик в першій зоні

де - приріст потужності;

- кількість точок розрахунку,.

Вт

Розрахунок відносної частоти статора

де - поточне значення активної потужності, підведеної до ТАД:

де і - коефіцієнт потужності, і=0,1,2,…,n.

Частота струму статора

Частота струму ротора

Електромагнітний момент

де - синхронна швидкість при номінальній частоті:

Гц

Вт

Тягове зусилля електропоїзда

де - передаточне число тягового редуктора;

- кількість тягових двигунів;

- ККД тягового редуктора;

- діаметр колеса.

Кн

Кутова швидкість ротора

Швидкість руху електропоїзда

Приведене значення електрорухомої сили ротора

Напруга статора

де - промыжна величина;

Коефіцієнт потужності двигуна

Струм в колі постійної напруги

де - коефіцієнт схеми інвертора.

Напруга в колі постійної напруги

де - ККД інвертора,який враховує тільки втрати в колі головних резисторів.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.4

Таблиця 4.4 - Розрахунок першої зони регулювання. І₁ = const ,

Параметри	Результати розрахунку
Рi,кВт	43,738	118,878	194,018	269,158	344,29	419,43	494,579	569,719	644,85	720
б	0,0130	0,0639	0,1148	0,1656	0,2165	0,2674	0,3183	0,3691	0,4200	0,4709
f1,Гц	0,6695	3,2897	5,9099	8,5301	11,15	13,77	16,3908	19,011	21,631	24,251
в	0.013
f2,Гц	0.6695
щ,рад/с	0.00	5,48	10,97	16,46	21,95	27,43	32,92	38,41	43,9	49,38
V,км/ч	0.00	2,94	5,89	8,84	11,78	14,73	17,6811	20,62	23,57	26,52
М,кНм	13692,4928
F,кН	719,6774
I1,А	715
Ф1,Вб	0,0757
Е1,В	10,1915	50,0778	89,9641	129,85	169,73	209,62	249,509	289,3955	329,28	369,16
А(б,в)* *10-6 Ом2	0,19	1,66	4,64	9,11	15,09	22,57	31,54	42,02	54	67,49
U1,В	21,2519	62,7481	104,7655	146,857	188,97	231,1	273,235	315,3732	357,51	399,65
Ud,В	48,1902	142,2860	237,5635	333,01	428,51	524,04	619,582	715,1319	810,68	906,24
Id,A	926,1369	852,5395	833,3692	824,755	819,87	816,72	814,537	812,922	811,68	810,7
cos(ц)	0,959	0,883	0,863	0,854	0,849	0,846	0,843	0,842	0,84	0,8398

Розрахунок другої зони - зони постійної потужності

Початкові умови розрахунку в другій зоні

де - величина магнітного потоку в кінці першої зони регулювання;

- величина магнітного потоку на початку другої зони регулювання.

Кінцеві умови розрахунку в другій зоні

де - максимальне значення діючої напруги статора.

Визначення кроку розрахунку тягових характеристик в другій зоні

де - величина магнітного потоку в кінці другої зони регулювання, приймаємо,

- із кривої намагнічування ТАД;

n - кількість точок розрахунку.

Визначення поточного значення магнітного потоку

де j - номер кроку розрахунку.

Розрахунок поточного значення фазного струму двигуна

Величину k₁ отримати для поточного значення Ф_j із побудованих в графіків.

Величину Х_0Н отримати із графіків побудованих для поточного значення магнітного потоку Ф_j.

Розрахунок відносної частоти статора

де - поточне значення абсолютного ковзання;

- Поточне значення проміжної величини ,яке можна розрахувати за формулою (4.16).

Електромагнітний момент двигуна.

Розраховуємо тягове зусилля локомотива.

Розраховуємо кутову швидкість ротора.

Розраховуємо швидкість руху локомотива.

Розраховуємо значення електрорухомої сили ротора.

Розраховуємо напругу статора.

Коефіцієнт потужності двигуна.

Розраховуємо струм в колі постійної напруги.

Напруга в колі постійної напруги

Контроль величини напруги

Розрахунок другої зони регулювання ведеться до величини:

де - похибка розрахунку напруги (таблиця 4.5).

При досягненні величини продовжити виконання розрахунку, змінивши величину Ф.

Повинні виконуватись також наступні умови:

де - максимально допустима швидкість;

- максимальне значення відносної частоти статора;



Таблиця 4.5 - Розрахунок другої зони регулювання. P₁ = const , Ф = k₁ I₁

Параметри	Результати розрахунку
Рi,кВт	720
б	0,473	0,5291	0,5801	0,6337	0,6889	0,7483	0,8178	0,9009	0,9865	1,0868
f1,Гц	24,359	27,2484	29,8768	32,6337	35,4799	38,539	42,117	46,395	50,8032	55,968
в	0,0131	0,0124	0,0121	0,0118	0,0116	0,0114	0,0112	0,0109	0,0107	0,0105
f2,Гц	0,6732	0,6399	0,6212	0,6063	0,5955	0,5866	0,5755	0,5615	0,5524	0,5416
щ,рад/с	49,6	55,72	61,27	67,07	73,06	79,48	87	95,993	105,243	116,08
V,км/ч	26,63	29,92	32,9	36,02	39,23	42,68	46,72	51,54	56,51	62,33
М,кНм	13631,99	12249,47	11210,32	10292	9487,81	8751,8	8024,0	7298,5	6675,71	6068,5
F,кН	716,4978	643,8326	589,2145	540,9476	498,679	459,99	421,74	383,61	350,875	318,96
Ф1,Вб	0,0757	0,0735	0,0713	0,0692	0,067	0,0648	0,0626	0,0604	0,0583	0,0561
I1,А	715	660,6	621,4	587,6	558,6	532	504,2	474,4	449,5	424,5
Е1,В	370,6388	402,6639	428,4135	453,6461	477,665	501,96	530,11	563,63	594,918	630,88
А(б,в)* *10-6 Ом2	68,1385	84,0157	100,0518	118,4744	139,230	163,46	194,16	234,17	279,530	337,8
U1,В	399,5875	431,4086	457,0984	482,4304	506,668	531,26	559,72	593,53	625,239	661,81
Ud,В	906,0941	978,2507	1036,504	1093,946	1148,90	1204,6	1269,2	1345,8	1417,77	1500,7
Id,A	810,8362	751,0282	708,8189	671,5995	639,471	609,86	578,85	545,88	518,201	489,56
cos(ц)	0,839	0,842	0,844	0,846	0,847	0,849	0,85	0,852	0,853	0,854

Розрахунок третьої зони - зони ослаблення поля

Початкові умови розрахунку в третій зоні

Для зони постійної потужності параметр абсолютного ковзання дорівнює:



де - закон регулювання в І та ІІ зонах регулювання.

Для зони обмеженої напруги параметр абсолютного ковзання дорівнює:

де - закон регулювання в ІІІ зоні регулювання.

Значення частота переходу з другої зони в третю.

Максимальне значення відносної частоти статора визначається із умови статичної стійкості тягового приводу по наступній формулі:

оефіцієнт потужності двигуна при роботі по закону (4.50) дорівнює:



Потужність, яка споживається тяговим двигуном:

Розрахунок фазної напруги:

Розраховуємо частоту струму статора.

Розраховуємо частоту струму ротора.

Знаходимо електромагнітний момент.

Визначаємо тягове зусилля електровоза.

Визначаємо кутову швидкість ротора.

Визначаємо швидкість руху електровоза.

Величину магнітного потоку тягового двигуна для третьої зони розраховуємо за формулою:

Розраховуємо приведене значення електрорушійної сили ротора.

Визначаємо струм в колі постійної напруги.

Знаходимо напругу в колі постійної напруги.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.6



Таблиця 4.6 - Розрахунок третьої зони регулювання. ;

Параметри	Результати розрахунку
Рi,кВт	720
б	1,0868	1,1595	1,2322	1,305	1,3777	1,4504	1,5231	1,5959	1,6686	1,7413
f1,Гц	55,9702	59,7154	63,4607	67,2059	70,9511	74,696	78,441	82,186	85,9321	89,677
f2,Гц	0,54075	0,5665	0,59225	0,618	0,64375	0,6695	0,6952	0,721	0,74675	0,7725
щ,рад/с	116,0897	123,8797	131,6697	139,4596	147,249	155,03	162,82	170,61	178,4	186,19
V,км/ч	62,3323	66,515	70,6977	74,8803	79,063	83,245	87,428	91,611	95,7938	99,976
М,кНм	6068,39	5688,04	5352,583	5054,515	4787,91	4548	4331	4133,8	3953,89	3788,9
F,кН	318,987	298,9937	281,3603	265,6923	251,678	239,06	227,66	217,29	207,837	199,16
Ф1,Вб	0,0428	0,0397	0,037	0,0347	0,0327	0,0309	0,0293	0,0279	0,0267	0,0256
I1,А	424,5	423,7403	422,9806	422,2210	421,461	420,7	419,94	419,18	418,422	417,66
Е1,В	481,5860	476,9498	473,0259	469,7378	467,032	464,87	463,26	462,19	461,69	461,8
А(б,в)* *10-6 Ом2	68,1385	84,0157	100,0518	118,4744	139,2307	163,4603	194,1685	234,1782	279,5308	337,8082
U1,В	661,425	656,387	652,4168	649,4202	647,338	646,14	645,84	646,46	648,076	650,79
Ud,В	1498,99	1478,888	1463,676	1452,871	1446,17	1443,4	1444,6	1450	1459,99	1474,9
Id,A	490,1257	496,7878	501,9509	505,684	508,025	508,98	508,54	506,65	503,215	498,1
cos(ц)	0,8553	0,8684	0,879	0,8872	0,8929	0,8962	0,897	0,895	0,89	0,883

Будуємо графіки наступних залежностей:

Рисунок 4.7 Залежність



Рисунок 4.8 Залежність

Рисунок 4.9 Залежність

Рисунок 4.10 Залежність ,



Рисунок 4.11 Залежність ,

Рисунок 4.11 Залежність cosц=f(V)



Висновки

тяговий електропривод електровоз двигун

В даному курсовому проекті був проведений розрахунок тягових і регулювальних характеристик асинхронного електроприводу електровозу ВЛ85 з трифазним асинхронним тяговим двигуном НБ514 в зонах пуску, постійної потужності і в зоні ослаблення поля

Застосування асинхронного електроприводу на електровозі ВЛ85 дозволяє в значній мірі знизити експлуатаційні витрати: зменшити споживання електроенергії на тягу поїздів, спростити технічне обслуговування і ремонт, підвищуючи при цьому регулювальні і тягові властивості електровозу.



Перелік використаної літератури

1. “Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення ДСТУ 3008-95”. - Київ.: Держстандарт України, 1995. - 36 с.

2. Коновалов Є.В. Студентська навчальна звітність: Графічні конструкторські документи. Загальні вимоги до побудови, викладання та оформлення: Методичний посібник з додержанням вимог нормоконтролю (нормативних документів) у студентській навчальній звітності. Розділ 2. - Х.: УкрДАЗТ, 2006. - 34с.

3. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями /Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, В.В. Литовченко, Ю.Г. Быков, 1991.- 336с.

4. Теория электрической тяги / В.Е.Розенфельд, И.П.Исаев, Н.Н.Сидоров, М.И.Озеров; Под ред. И.П.Исаева. - М.: Транспорт, 1995. - 294 с.

5. Сандлер А.С. и Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронними двигателями. - М.-Л.: издательство „Энергия”, 1966. - 144 с.

Размещено на Allbest.ru