Электрический железнодорожный транспорт

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра «Электрическая тяга»

КУРСОВАЯ РАБОТА

предмет: «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»

Выполнил:

Майоров К.

МОСКВА 2013 г.

Исходные данные

1.Номинальная мощность на валу тягового двигателя Рдн = 758 кВт,

2.Руководящий подъём iр = 11‰,

.Номинальная скорость движения электровоза Vн = 47,7 км/ч,

.Номинальное напряжение ТЭД Uдн = 1500 В,

.Номинальный КПД ТЭД ?д = 0,94,

.Коэффициент потерь силы тяги в процессе реализации тягового усилия ?F = 0,95,

.Напряжение в контактной сети постоянного тока UС = 3000 В;

.Коэффициенты ступеней регулирования возбуждения ТЭД ?1 = 0,62 и ?2 = 0,4

Расчетная часть

Вводный раздел.

Соотношение между СF и Сv:

p×N×2?×a×60×Dk

СF/Сv = 3,6, т.е. СF = 3,6×Сv

a×2?×Dk×5,3×p×N×?

Выражение для Fкд через Сv:

кд = СF×Ф×I×?F = 3,6×СV×Ф×I×?F

. Подготовка исходных характеристик.

.1. Расчёт номинального тока ТЭД:

H = Pдн×103/(Uдн×?д) = 758×103/(1500×0,94) = 538 А

.2. Расчёт шести значений токов якоря, соответствующих 0,25; 0,5; 0,75; 1,25; 1,5 и 1,75 номинального тока.= 0,25×538 = 135 А, результаты остальных расчётов сводим в табл. 1.

.3. Расчёт удельной ЭДС для семи значений токов якоря.

СVФ = 35,5×(1 - e-Iв/260) = 35,5×(1 - е-135/260) = 14,4 В/км/ч,

результаты остальных расчётов сводим в табл. 1.

.4. Расчёт силы тяги ТЭД для принятых значений токов.кд = 3,6×СVФ×I×?F×10-3 = 3,6×14,4×135×0,95×10-3 = 6,65 кН,

Результаты остальных расчётов сводим в табл. 1.

Таблица 1.

Ток двигателя I, А135269404538673807942Удельная ЭДС СVФ, В/км/ч14,422,928,031,032,833,934,55Сила тяги ТЭД Fкд, кН6,6521,138,757,075,593,6111,3

. Силовая электрическая цепь электровоза постоянного тока.

.1. Схема силовой цепи электровоза постоянного тока.

.2. Расчёт сопротивления секций реостата и шунтирующих резисторов.

.2.1. Расчёт сопротивлений секций реостата:д = 0,12 Ом - сопротивление обмоток ТЭД.

тр = Uc/Iтр - 4×rд = 3000/538 - 4×0,12 = 5,1 Ом - сопротивление при трогании.

Сопротивление секций реостата:

а = 0,18×Rтр = 0,18×5,1 = 0,92 Ом;б = 0,17×Rтр = 0,17×5,1 = 0,87 Ом;в = 0,15×Rтр = 0,15×5,1 = 0,76 Ом.

.2.2. Расчёт сопротивлений шунтирующих резисторов.

ш2 = 2rв×?2/(1 - ?2) = 2×0,036×0,4/(1 - 0,4) = 0,048 Ом,ш1 + Rш2 = 2rв×?1/(1 - ?1) = 2×0,036×0,62/(1 - 0,62) = 0,117 Ом,ш1 = 0,117 - 0,048 = 0,069 Ом,в = 0,3×rд = 0,3×0,12 = 0,036 Ом.

. Скоростные и электротяговые характеристики электровоза постоянного тока.

.1. Расчёт и построение скоростных и электротяговых характеристик электровоза постоянного тока при реостатном регулировании на последовательном и параллельном соединениях ТЭД (позиции 1 - 11).

.1.1. Расчётные формулы и расчёт Rn + rд

На 1-ой позиции:

n + rд = R1/m + rд = 5,1/4 + 0,12 = 1,395 Ом,

результаты остальных расчётов сводим в табл. 2.

.1.2. Для каждого значения сопротивления силовой цепи (позиции регулирования) рассчитываем скорости движения, соответствующие токам, приведенным в первой строке табл. 2. Результаты расчётов сводим в табл. 2.

Для сокращения времени воспользуемся программой расчёта, приведенной в Приложении.

Таблица 2. Расчёт скоростных характеристик электровоза постоянного тока при реостатном регулировании.

Ток двигателя I, А135269404538673807942Удельная ЭДС СVФ, В/км/ч14,422,928,031,032,833,934,55Сила тяги электровоза Fк, кН53,2168,8309,6456604748,8890,4Поз.Uс, В(Rn + rд), ОмСкорость движения V, км/ч17501,39539,016,46,7-0,02---27501,16541,219,1104,0-1,0--37500,93543,321,813,38,03,7--47500,717545,424,316,411,78,25,12,257500,547,426,919,615,512,610,28,167500,3149,229,122,318,816,514,713,377500,1251,031,425,122,120,419,318,4815001,39591,149,133,424,217,111,0-915000,93595,454,540,132,226,622,017,91015000,599,559,646,439,735,532,429,81115000,12103,164,151,846,343,341,440,2

3.2. Расчёт и построение скоростных и тяговых характеристик при регулировании возбуждения (позиции 12 и 13).

.2.1. Расчётные формулы и расчёт одного значения для позиций регулирования возбуждения.

При ?1 = 0,62:

B1 = ?1×I = 0,62×269 = 167 A;

определяем СVФ = 16,9 В/км/ч.

кд = 3,6×СVФ×I×?F×10-3 = 3,6×16,9×269×0,95×10-3 = 15,55 кН,к = Fкд×Nд = 15,55×8 = 124,4 кН,= (UC - I×rд)/СVФ = (1500 - 269×0,12)/16,9 = 86,8 км/ч

При ?2 = 0,4:

B2 = ?2×I = 0,4×269 = 108 A; по рис. 1 определяем СVФ = 11,8 В/км/ч.кд = 3,6×СVФ×I×?F×10-3 = 3,6×11,8×269×0,95×10-3 = 10,85 кН,к = Fкд×Nд = 10,85×8 = 86,8 кН,= (UC - I×rд)/СVФ = (1500 - 269×0,12)/11,8 = 124,4 км/ч

Таблица 3. Расчёт координат точек тяговых характеристик электровоза при регулировании возбуждения ТЭД.

Ток двигателя I, А269404538673807942?1 = 0,62Ток возбуждения IВ, А167250334417500584Удельная ЭДС СVФ, В/км/ч16,922,025,828,330,331,8Сила тяги двигателя Fкд, кН15,5530,447,565,183,6102,45Сила тяги электровоза Fк, кН124,4243,2380520,8668,8819,6Скорость движения V, км/ч86,866,055,650,146,343,6?2 = 0,4Ток возбуждения IВ, А108162215269323377Удельная ЭДС СVФ, В/км/ч11,816,720,022,925,427,1Сила тяги двигателя Fкд, кН10,8523,136,852,770,187,3Сила тяги электровоза Fк, кН86,8184,8294,4421,6560,8698,4Скорость движения V, км/ч124,486,971,862,055,251,2

.2.2. Заполняем расчётную табл. 3.

.3. Построение пусковой диаграммы электровоза постоянного тока.

.3.1. Показываем на графике ток переключения Iп, средний пусковой ток Iср1 для последовательного соединения и средний пусковой ток Iср2 для параллельного соединения.

Графически определяем скорости, соответствующие средним токам для всех безреостатных скоростных характеристик.

.3.2. Графически определим значения силы тяги, соответствующие средним токам для полного и ослабленного возбуждений.

Полученные значения сводим в табл. 4.

Таблица 4.

ТочкаIср, AV, км/чFк, кНA67343,3604B67350,1520C67362,0422D61921,0535

. Расчёт массы поезда.

.1. На основании результатов расчётов в разделе 3 определяем расчётное значение силы тяги Fкр = 604 кН и соответствующую ей расчётную скорость Vр = 43,3 км/ч.

.2. Расчёт основного удельного сопротивления движению при расчётной скорости.

op = 1,08 + 0,01×Vp + 1,52×10-4×V2p = 1,08 + 0,01×43,3+1,52×10-4×43,32 =1,798 Н/кН

4.3. Расчёт массы поезда:

М = (wop + i)×9,81×10-3 (1,798 + 11)×9,81×10-3 = 4811 т

Полученное значение округляем до 4800 т.

. Анализ работы системы управления электровозом при разгоне поезда.

.1. Расчёт времени и пути разгона поезда расчётной массы на прямом горизонтальном участке пути.

.1.1. Рассчитаем и построим характеристику основного сопротивления движению для скоростей 0, 25, 50, 75 и 100 км/ч.

При V = 0 км/ч:

o = 1,08 + 0,01×V + 1,52×10-4×V2 = 1,08 + 0,01×0 + 1,52×10-4×02 = 1,08 Н/кН;o = wo×M×9,81×10-3 = 1,08×4800×9,81×10-3 = 50,9 кН,

Результаты расчётов сводим в табл. 5

Таблица 5.

V, км/ч0255075100wo, Н/кН1,081,4251,962,6853,6Wo, кН50,967,192,3126,4169,5

.1.3. Графически определяем конечную скорость разгона поезда Vк = 95,0 км/ч.

.1.4. Заполняем таблицу расчёта времени и пути разгона поезда (табл. 6).

?t = M×?V/3.6/(Fкср - W0ср) = 4800×10/3,6/481,6 = 27,7 с;

?s = Vcp×?t/3.6 = 5×27,7/3,6 = 38 м;

Результаты остальных расчётов сводим в табл. 6.

.1.5. Выводы:

). При увеличении пусковой силы тяги время разгона уменьшается и наоборот, при уменьшении пусковой силы тяги время разгона увеличивается.

). На подъёме время разгона увеличивается, на спуске - уменьшается.

.2. Управление электровозом при разгоне поезда.

.2.1. Определим графически по рис. 3 максимально возможный ток переключения.пmax = 520 А, так как при переходе с 10 на 11 позицию бросок тока достигает максимально допустимого значения Imax = 942 А.

электровоз ток поезд сопротивление

Таблица 6. Расчёт времени и пути разгона поезда.

Интервал скорости V, км/чЧисленное значение V, км/чVср, км/ч?V, км/чFкср, кНwо, Н/кНWоср, кНFкср- Wоср, кН?t, ct, c?s, мS, м0÷105,0105351,13453,4481,6-27,7-3810÷2015,0105351,26459,5475,52855,711715520÷D20÷21,020,51,05351,34963,5471,52,858,516171D÷3021,0÷3025,59,06041,43467,5536,522,480,915933030÷4035,0106041,61676,1527,925,3106,224657640÷A40÷43,341,653,36041,76182,9521,18,7114,9101677A÷B43,3÷50,146,76,85601,88288,6471,419,5134,4254931B÷C50,1÷62,056,0511,94652,12310036543,5177,96801611C÷(VC+Vk)/262,0÷78,670,316,63102,537119,5190,5114,8292,722453856(VC+Vk)/2÷Vk78,6÷9586,816,41863,093145,740,3542,6835,31308316939

Литература

1.Электрические железные дороги. Под ред. А.В. Плакса, В.Н. Пупынина - М.: Транспорт, 1993;

2.Правила тяговых расчётов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985.