Проектування системи керування електровозу подвійного живлення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство транспорту та зв'язку України

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту

ім. В. Лазаряна

Кафедра: «Електрорухомий склад залізниць»

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни:

«Системи керування ЕРС»

Тема:

ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОВОЗА ПОДВІЙНОГО ЖИВЛЕННЯ

Дніпропетровськ

ВСТУП

Різні умови на електрифікованих залізницях привело до розвитку електрифікації по двох напрямках: постійного струму з напругою 3 кВ і змінного синусоїдального струму частотою 50 Гц і напругою 25 кВ.

Часто виникає необхідність стикування цих систем і в ряді випадків економічно вигідно не будівництво спеціальних станцій стикування, а створення електровозів, що здатних працювати на постійному і на змінному струмах - електровозів подвійного живлення.

Ціллю даного курсового проекту є розробка силової схеми електровоза подвійного живлення. Слід зазначити, що перемикання електровоза з постійного на змінний струм і навпаки виконується автоматично за допомогою перемикача роду струму.

У даний час силові схеми електровозів подвійного живлення виконуються у різноманітних варіантах. В електровозі подвійного живлення, що проектується пропонується застосовувати схему аналогічну схемі електровоза ВЛ82 . У даному випадку устаткування постійного струму ( пускові опори і пов'язані з ними апарати) використовуються також і для регулювання швидкості при роботі на змінному струмі, а випрямляюча установка при цьому забезпечує постійну напругу. Це помітно зменшує масу і вартість трансформатора.

Проектований мною електровоз повинен бути подвійного живлення, і водночас повинен забезпечувати автоматичний перехід з постійної напруги на змінну напругу і навпаки. Забезпечувати роботу при аварійному режимі і режим електричного гальмування. В цьому проекті я розраховуватиму чотирьохвісний електровоз, який матиме два з'єднання ТЕД: послідовне та паралельне з'єднання.



ЗМІСТ

ВСТУП

1. ВИБІР РОЗРАХУНКОВОЇ СХЕМИ ТА ПЕРЕРАХУНОК ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВИХ ДВИГУНІВ

1.1 Вибір розрахункової схеми

1.2 Перерахунок характеристики ТЕД

1.3 Визначення максимального пускового струму

1.4 Визначення мінімального пускового струму

1.5 Розрахунок та побудова ступенів пускових опорів

1.6 Розрахунок та побудова маневрових позицій

1.7 Розрахунок та побудова реостатних характеристик

1.8 Розрахунок та побудова додаткових позицій

1.9 Побудова пускової діаграми

1.10 Компоновка пускового реостату

1.11 Тепловий розрахунок пускових реостатів

2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕОСТАТНОГО ГАЛЬМУВАННЯ

2.1 Розрахунок ступенів гальмівних резисторів

2.2 Розрахунок гальмівних характеристик

2.3 Компоновка гальмівного реостату

2.4 Обмеження характеристик реостатного гальмування

3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ВИПРЯМЛЯЮЧОЇ УСТАНОВКИ І

ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОВОЗА ПРИ РОБОТІ НА ЗМІННОМУ СТРУМІ

3.1 Розрахунок зовнішніх характеристик випрямляючої установки

3.2 Розрахунок числа послідовно включених вентилів плеча моста

3.3 Розрахунок числа паралельно включених вентилів у плечі моста

3.4 Економічне обґрунтування вибору вентилів

3.5 Перерахунок швидкісних характеристик

4. РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНИХ СХЕМ ЕЛЕКТРОВОЗА

4.1 Розробка силової схеми електровоза

4.2 Розробка вузла кола управління

ВИСНОВОК

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА



1. ВИБІР РОЗРАХУНКОВОЇ СХЕМИ ТА ПЕРЕРАХУНОК ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВИХ ДВИГУНІВ

1.1 Вибір розрахункової схеми

Вибираємо схему електровоза , припускаємо, що обладнання електровоза (контактори, перемикачі, пускові реостати) використовуються як і при постійному струмі, так і при роботі на змінному струмі. На змінному струмі випрямляюча установка забезпечує постійну напругу.

Вибираємо групування тягових двигунів.

Послідовне «С» з'єднання:

, (1)

де U_км - напруга контактної мережі, U_км=3000 В;

n - кількість двигунів на даному з'єднанні, n=4

Uк=В.

Паралельне з'єднання «П» , n=2:

.

1.2 Перерахунок характеристик ТЕД

Виконую перерахунок швидкісної характеристики для напруги, яка відрізняється від номінальної, виконується для ряду значень струму двигуна за формулою:

де V_Н - швидкість електровоза при номінальній напрузі; км/год;

U_Н - номінальна напруга тягового двигуна на вищому з'єднання, В;

U_К -напруга на колекторі тягового двигуна для даного з'єднання, В;

І - значення струмів тягового двигуна, А;

R_ДВ - опір обмоток двигунів, Ом.

Так як електровоз ВЛ-8 на якому стоїть тяговий двигун НБ-406 має осьову формулу 2(2₀ -2₀), тоді для даної осьової формули переношу швидкісні характеристики з'єднань СП і П.

Характеристики ТЕД заносяться в таблицю 1.

Таблиця 1

Характеристики ТЕД

Характеристики ТЕД
IДВ, А	UН, В	FКД, кгс	V, км/год
			С	П
100	1500	580	38,0	77,0
150	1500	1180	29,9	60,9
175	1500	1510	27,8	56,7
200	1500	1840	26,3	53,7
250	1500	2520	24,0	49,6
300	1500	3230	22,3	46,3
350	1500	3960	21,0	43,8
400	1500	4720	20,0	41,9
450	1500	5490	19,1	40,4
500	1500	6270	18,4	39,0
600	1500	7940	17,0	36,8

Будуємо на міліметровому папері формату А4 криві V=ѓ(I) для кожного виду з'єднання ТЕД.

1.3 Визначення максимального пускового струму

Для заданого пасажирського електровозу величину максимального струму ТЕД визначаємо за формулою:

, (3)

де - струм ТЕД в годинному режимі.

Приймаємо

.

Звідси .

1.4 Визначення мінімального пускового струму

Так як

, (4)

де - коефіцієнт нерівномірності пуску по струму.

Звідси: ,



.

1.5 Розрахунок та побудова ступенів пускових опорів

Розрахунок проводимо графоаналітичним способом з використанням формули:

, (5)

де - напруга на ТЕД при відповідному їх з'єднані, В;

- величина пускового струму при умові , А.

Визначаємо величини пускових опорів , відповідно для значень струмів та при «С» з'єднані ТЕД (В) та умові .

,

.

,

.

Визначаємо величини пускових опорів , відповідно для значень струмів та при «П» з'єднані ТЕД (В) та умові .



,

,

.

1.6 Розрахунок та побудова реостатних характеристик

Розрахунок проводимо графічним способом з використанням формули:

, (6)

де - напруга на ТЕД при відповідному їх з'єднані, В;

- довільно вибрані значення пускових струмів при умові , А.

Виконаємо розрахунок величин пускових резисторів для кожної безреостатної характеристики ТЕД при умові та наступних значеннях пускових струмів:

,

,

,

,

,

.

Розглянемо «П» з'єднання ТЕД (В ):

,

.

,

,

,

,

,

Щоб побудова в другому квадранті не виявилась занадто розтягнутою по осі R, допоміжні лінії R(V) можна будувати в області реальних значень опору

пускового реостата, тобто не продовжувати їх до V=0. У цьому випадку замість при V=0 потрібно використовувати проміжну точку К. Розмір задаю довільно: Ом, а розмір VК визначаю з подібності трикутників:



км/год.

Розглянемо «С» з'єднання ТЕД (В ):

,

;

,

;

,

;

,

;

,

;

,

.

На основі отриманих результатів будуємо відповідні криві.



1.7 Розрахунок та побудова додаткових позицій

Розрахунок проводимо графоаналітичним способом з використанням формули:

, (8)

де - напруга на ТЕД при відповідному їх з'єднані;

- вибрані значення струмів, А;

- порядковий номер розрахункової додаткової позиції.

Виконаємо розрахунок величин резисторів додаткових позицій для переходу з «С» на «П» з'єднання ТЕД при вибраних значеннях струмів (ці струми взято з графіка) та В.

,

;

,

1.8 Розрахунок та побудова маневрових позицій

Визначаємо силу тяги на першій маневровій позиції необхідній для рушання електровозу з місця при заданому прискоренні:



, (9)

де - задане навантаження від осі на рейку,кН;

- основний питомий опір руху електровоза при ;

- коефіцієнт інерції обертових мас;

- початкове прискорення електровоза.

Приймаємо:

;

.

Визначаємо питомий опір руху електровозу при швидкості :

, (10)

.

Отже

.

За електротяговою характеристикою ТЕД графічно визначаємо

величину струму, якій відповідає силі тяги на першій маневровій позиції:

.

Кількість маневрових позицій визначаю із додаткових, шляхом ділення

їх на два. А необхідну кількість маневрових позицій визначаю за формулою:

. (11)

Далі із отриманих графічним методом значень маневрових опорів знаходжу,також графічним методом, значення маневрових струмів, які відповідають цим опорам.

Мінімальне значення маневрового струму, який я отримав із маневрового опору. А для забезпечення плавного пуску необхідно мати значення маневрового струму . Щоб отримати такий струм необхідно мати додатковий опір, величину визначу за формулою:

, (12)

де: - напруга на ТЕД при «С» з'єднані.

.

Сходинку між 1-м і 3-м пусковими опорами ділю на дві рівні і отримую значення другого пускового опору.

Отже, в результаті графічних побудов і проведених вище розрахунків отримую наступні значення маневрових струмів і опорів:



1.9 Побудова пускової діаграми

Після побудови характеристик для всіх позицій, на графік наноситься розрахункова пускова діаграма, яка будується для найбільш важкого режиму пуску електровоза.

1.10 Компоновка пускового реостату

При компонуванні пускового реостата знаходимо пусковий опір на весь електровоз на кожній i-тій позиції. Для визначення опору пускових опорів електровоза варто враховувати кількість двигунів, сполучених послідовно і паралельно:

,(13)

де опір реостата на i-тій позиції з розрахунку на один ТЕД, Ом;

число послідовно з'єднаних ТЕД;

число паралельних угруповань ТЕД.

Для першої (1-ої маневрової) позиції при послідовному з'єднанні ТЕД опір пускового реостата становить:

Подальші розрахунки для послідовного з'єднання ТЕД заносимо до таблиці 2.

Для першої (18-ої) додаткової позиції при паралельному з'єднанні ТЕД опір пускового реостата становить:

Подальші розрахунки для паралельного з'єднання ТЕД заносимо до таблиці 2.

Таблиця 2

Величини пускових опорів

Угрупування ТЕД	Номер позиції	Опір на 1 ТЕД, Ом	Величина опору на електровоз	Опір секції, Ом	Позначення секції
1	2	3	4	5	6
С	1М	6,37	25,48	-	-
С	2М	4,49	17,96	7,48	а
С	3М	2,62	10,48	7,48	а*
С	4М	2,175	8,7	1,78	б
С	5М	1,73	6,92	1,78	б*
С	6М	1,515	6,06	0,86	в
С	7М	1,3	5,2	0,86	в*
С	8М	1,175	4,7	0,5	г
С	9	1,05	4,2	0,5	г*
С	10	0,945	3,78	0,42	д
С	11	0,84	3,36	0,42	д*
С	12	0,745	2,98	0,38	ж
С	13	0,65	2,6	0,38	ж*
С	14	0,565	2,26	0,34	з
С	15	0,48	1,92	0,34	з*
С	16	0,41	1,64	0,28	к
С	17	0,34	1,36	0,28	к*
С	18	0,275	1,1	0,26	л
С	19	0,21	0,84	0,26	л*
С	20	0,155	0,62	0,22	н
С	21	0,1	0,4	0,22	н*
С	22	0,05	0,2	0,2	о
С	23Х	0	0	0,2	о*
П	24Д	0,655	1,31	-	-
П	25Д	0,4325	0,865	-	-
П	26Д	0,325	0,65	-	-
П	27	0,2625	0,525	-	-
П	28	0,21	0,42
П	29	0,1625	0,325	-	-
П	30	0,12	0,24	-	-
П	31	0,85	1,7	-	-
П	32	0,0525	0,105	-	-
П	33	0,025	0,05	-	-
П	34Х	0	0	-	-

Після одержання величин пускових опорів виконаємо компоновку пускового реостата. При цьому врахуємо:

- кількість контактів повинна бути мінімальною;

- кожна секція пускових резисторів повинна бути задіяна на як найбільшій кількості позицій.

Таблица 3

Компоновка секцій пускового реостата

Угрупування ТЕД	Номер позиції	З'єднання секцій	Опір пускового реостата, Ом
			Необхідне	Фактичне
1	2	3	4	5
С	1М	а+а*+б+б*+в+в*+г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+к+к*+л+л*+ + н+н*+ о+о*	25,48	25,48
С	2М	а*+б+б*+в+в*+г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+ л+л*+ + н+н*+ о+о*	17,96	17,96
С	3М	б+б*+в+в*+г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ +о+о*	10,48	10,48
С	4М	б*+в+в*+г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ +о+о*	8,7	8,7
С	5М	в+в*+г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	6,92	6,92
С	6M	в*+г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	6,06	6,06
С	7М	г+г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	5,2	5,2
С	8М	г*+д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	4,7	4,7
С	9	д+д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	4,2	4,2
С	10	д*+ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	3,78	3,78
С	11	ж+ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	3,36	3,36
С	12	ж*+з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	2,98	2,98
С	13	з+з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	2,6	2,6
С	14	з*+ к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	2,26	2,26
С	15	к+к*+л+л*+н+н*+ о+о*	1,92	1,92
С	16	к*+л+л*+н+н*+ о+о*	1,64	1,64
С	17	л+л*+н+н*+ о+о*	1,36	1,36
С	18	л*+н+н*+ о+о*	1,1	1,1
С	19	н+н*+ о+о*	0,84	0,84
С	20	н*+ о+о*	0,62	0,62
С	21	о+о*	0,4	0,4
С	22	о*	0,2	0,2
С	23Х		0	0
П	24Д	(б+в+г+д+ж+з+к+л+н+о) (б*+в*+г*+д*+ж*+з*+к*+л*+ +н*+о*)	0,655	0,655
П	25Д	(в+г+д+ж+з+к+л+н+о) ( в*+г*+д*+ж*+з*+к*+л*+ +н*+о*)	0,4325	0,4325
П	26Д	(г+д+ж+з+к+л+н+о) ( г*+д*+ж*+з*+к*+л*+н*+о*)	0,325	0,325
П	27	(д+ж+з+к+л+н+о) ( д*+ж*+з*+к*+л*+н*+о*)	0,2625	0,2625
П	28	(ж+з+к+л+н+о) ( ж*+з*+к*+л*+н*+о*)	0,21	0,21
П	29	(з+к+л+н+о) ( з*+к*+л*+н*+о*)	0,1625	0,1625
П	30	(к+л+н+о) ( к*+л*+н*+о*)	0,12	0,12
П	31	(л+н+о) ( л*+н*+о*)	0,085	0,085
П	32	(н+о) ( н*+о*)	0,0525	0,0525
П	33	(о) (о*)	0,025	0,025
П	34Х		0	0

Приведемо таблицю замикання контакторів.



Таблиця 4

Послідовність замикання контакторів при пуску

З'єднання

Номер позиції

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

25

П1

П2

C

1М

+

C

2М

+

+

C

3М

+

+

+

C

4М

+

+

+

+

C

5М

+

+

+

+

C

6М

+

+

+

+

C

7М

+

+

+

+

C

8М

+

+

+

+

C

9

+

+

+

+

C

10

+

+

+

+

C

11

+

+

+

+

C

12

+

+

+

+

C

13

+

+

+

+

C

14

+

+

+

+

C

15

+

+

+

+

С

16

+

+

+

+

С

17

+

+

+

+

С

18

+

+

+

+

С

19

+

+

+

+

С

20

+

+

+

+

С

21

+

+

+

+

С

22

+

+

+

+

С

23Х

+

+

+

+

П

24Д

+

+

+

+

П

25Д

+

+

+

+

+

+

П

26Д

+

+

+

+

+

+

П

27

+

+

+

+

+

+

П

28

+

+

+

+

+

+

П

29

+

+

+

+

+

+

П

30

+

+

+

+

+

+

П

31

+

+

+

+

+

+

П

32

+

+

+

+

+

+

П

33

+

+

+

+

+

+

П

34Х

+

+

+

+

+

+



1.11 Тепловий розрахунок пускових реостатів

Тепловий розрахунок пускових реостатів виконаємо по ефективному струму пускового режиму.

Час роботи на кожній позиції пуску визначимо за формулою:

(14)

де - швидкість виходу на швидкісну характеристику паралельного з'єднання при середньому пусковому струмі, км/год;

- пускове прискорення, =0,03;

m - число всіх позицій пуску, включаючи і безреостатні позиції.

Маневрові струми:

Струм на допоміжних позиціях:

Величину середнього пускового струму визначимо за формулою:

(15)

.

Величину ефективного струму секції визначимо за формулою:

, (16)

де I₁, I₂,... , I_m - струми, що проходять через секцію, що розраховується,

на позиціях пуску, А.

Величину струмів секцій необхідно визначити з урахуванням схеми пускового реостата на кожній позиції і з'єднаннi тягових двигунів. Для зручності розрахунки виконую в табличній формі (таблиця 5).

Таблиця 5

Розрахунок ефективного струму для секцій опорів «з» і «з*»

№ поз	Струм двигуна	Секція з	Секція з*
		І	І2	І2t	І	І2	І2t
1	245	245	60025	34105,11	245	60025	34105,11
2	312	312	97344	55309,09	312	97344	55309,09
3	427	427	182329	103596	427	182329	103596
4	498	498	248004	140911,4	498	248004	140911,4
5	597	597	356409	202505,1	597	356409	202505,1
6	642	642	412164	234184,1	642	412164	234184,1
7	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
8	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
9	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
10	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
11	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
12	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
13	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
14	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
15	0	0	0	0	0	0	0
16	450	450	202500	115056,8	450	202500	115056,8
17	655	655	429025	243764,2	655	429025	243764,2
18	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
19	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
20	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
21	723,29	723,29	523145,1	297241,5	723,2877	523145,1	297241,5
22	723,29		0	0	723,2877	523145,1	297241,5
25	245	245	60025	34105,11	245	60025	34105,11
Всього	4696330			4993571

А;

А.

Довгостроковий струм вибраного елемента приймаємо:

.

Опір типового елемента приймаємо:

.

За величиною ефективного струму секції визначаємо кількість паралельно включених типових елементів фехралевих резисторів за формулою:

(17)

Для секції «з»:

.

Приймаємо а=12 елементів.

Кількість послідовно типових елементів фехралевих резисторів за формулою:

(18)

.

Приймаємо р=5 елементів.

Аналогічні розрахунки виконуємо для секції „з*”.

В результаті отримаємо:

.

.

елементів.

елементи.

Виконаємо порівняння розрахункового значення опору секції та величини опору отриманого після теплового розрахунку.

(19)

.



2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕОСТАТНОГО ГАЛЬМУВАННЯ

2.1 Розрахунок ступенів гальмівних резисторів

Максимальний гальмівний струм приймаю рівним годинному струму:

.(20)

Мінімальний гальмівний струм розраховуємо за формулою:

(21)

де - коефіцієнт нерівномірності по струму.

.

Визначаємо значення опорів за формулою:

, (22)

(23)

де - швидкості, км/год, взяті з характеристики для тягового режиму відповідно для та .

Величини та визначаємо за формулами:



(24)

. (25)

Одержимо:

,

.

Звідси

Величину максимальної швидкості відповідної виходячи з обмеження по комутації розрахуємо за формулою:

(26)

де - швидкість, км/год, що відповідає величині по характеристики для тягового режиму.

Приймаємо .

Звідси

.

Згідно отриманих даних визначаємо величини ступенів гальмівного реостата.

2.2 Розрахунок гальмівних характеристик

Побудова виконується графоаналітичним способом.

Задамося значеннями струмів:

,

,

,

,

,

,

Для вибраних струмів розрахуємо величини опорів за формулами:

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

=

(32)

=

Звідси

,

,

,

,

,

,

Виконуємо побудову реостатних характеристик.

2.3 Компоновка гальмівного реостату

При реостатному гальмуванні використовуємо секції опорів отриманих при розрахунках пускового реостату. Результати компоновки гальмівного реостата приведемо у вигляді таблиць.

Таблиця 5

Величини гальмівних опорів

Угрупування ТЕД	Номер позиції	Опір на 1 ТЕД, Ом	Величина опору на електровоз
П	1Т	3,65	3,65
П	2Т	3,18	3,18
П	3Т	2,78	2,78
П	4Т	2,44	2,44
П	5Т	2,14	2,14
П	6Т	1,88	1,88
П	7Т	1,65	1,65
П	8Т	1,44	1,44
П	9Т	1,26	1,26
П	10Т	1,10	1,10
П	11Т	0,96	0,96
П	12Т	0,83	0,83
П	13Т	0,72	0,72
П	14Т	0,62	0,62
П	15Т	0,54	0,54
П	16Т	0,465	0,465
П	17Т	0,4	0,4
П	18Т	0,34	0,34

Таблица 6

Компоновка секцій гальмівного реостата

Угрупування ТЕД	Номер позиції	З'єднання секцій	Опір пускового реостата, Ом	Розходження%
			Необхідне	Фактичне
П	1Т	(а+б+в+г+д+ж+з)//(F+а*+б*+в*+г*+д*+ж*+з*)	3,65	3,65	0
П	2Т	(G+б+в+г+д+ж+з)//(а*+б*+в*+г*+д*+ж*+з*+F	3,18	3,179	0,03
П	3Т	(G+з+ж+д+г+в+б)//(б*+в*+г*+д*+ж*+з*+F)	2,78	2,83	1,8
П	4Т	(G+з+ж+д+г+в)//(б*+в*+г*+д*+ж*+з*+F)	2,44	2,442	0,08
П	5Т	(G+з+ж+д+г+в)//(в*+ж*+з*+F)	2,14	2,141	0,05
П	6Т	(G+з+ж+д+г)//(в*+ж*+з*+F)	1,88	1,954	3,94
П	7Т	(G+з+ж+д)//(ж*+з*+F)	1,65	1,678	1,7
П	8Т	(G+д)//(г*+д*+ж*+з*+F)	1,44	1,429	0,76
П	9Т	(G+д)//(F)	1,26	1,269	0,71
П	10Т	(G)//(д*+F)	1,10	1,063	3,36
П	11Т	(L+з+ж)//(ж*+з*+F)	0,96	0,963	0,31
П	12Т	(P+L+з)//(ж*+з*+F)	0,83	0,829	0,12
П	13Т	(L+з)//(з*+F)	0,72	0,688	4,44
П	14Т	(L+з)//( з*+F+K)	0,62	0,62	0
П	15Т	(L+з)//( з*+F)	0,54	0,562	4,07
П	16Т	(д)//(б*+в*+ K)	0,465	0,448	3,66
П	17Т	(в+г+д)//(в*)	0,4	0,4	0
П	18Т	(д)//(г*+д*)	0,34	0,324	4,71

двигун електровоз живлення гальмування



Таблиця 7

Послідовність замикання контакторів при гальмуванні

Угрупування

№

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

25

21

30

G

L

N

X

Z

C

U

J

П

1Т

+

+

+

+

+

+

+

+

П

2Т

+

+

+

+

+

+

+

+

П

3Т

+

+

+

+

+

+

+

+

+

П

4Т

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

П

5Т

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

П

6Т

+

+

+

+

+

+

+

П

7Т

+

+

+

+

П

8Т

+

+

+

+

П

9Т

+

+

+

+

П

10Т

+

+

+

+

П

11Т

+

+

+

+

П

12Т

+

+

+

+

П

13Т

+

+

+

+

П

14Т

+

+

+

+

П

15Т

+

+

+

+

П

16Т

+

+

+

+

П

17Т

+

+

+

+

П

18Т

+

+

+

+

УгрупуванняТЕД

Номер позиції

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

П

1Т

+

+

+

+

П

2Т

+

+

+

+

+

+

+

П

3Т

-

+

+

-

+

+

+

-

+

П

4Т

+

+

+

-

+

+

+

+

П

5Т

+

+

+

+

-

+

-

+

+

-

+

П

6Т

+

+

-

+

+

+

+

+

-

П

7Т

+

+

+

+

+

+

+

+

П

8Т

+

+

+

+

+

-

+

+

+

+

П

9Т

+

+

+

+

-

-

+

-

+

+

+

+

П

10Т

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

+

П

11Т

+

+

+

+

+

+

-

+

-

+

+

+

+

П

12Т

+

+

-

+

-

-

+

+

+

+

+

+

П

13Т

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

П

14Т

+

+

+

+

+

+

+

+

-

+

+

+

П

15Т

+

+

+

-

+

-

+

+

+

+

+

+

П

16Т

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

П

17Т

+

-

+

-

+

+

+

+

+

+

+

+

2.4 Обмеження характеристик реостатного гальмування

Обмеження по максимальній напрузі:

(32)

Подальші розрахунки заносимо до таблиці 8.

Таблица 8

Обмеження по максимальній напрузі

	300	400	500	600
	116,2	99,5	91,5	85
	145	125,77	177,17	110,28

Обмеження по максимальній швидкості:

Згідно формули (26):



Обмеження по зчепленню:

Обмеження по зчепленню коліс з рейками розраховується з умови зменшення розрахункового коефіцієнта зчеплення на 20%, ніж при тяговому.

. (33)

.

Подальші розрахунки заносимо до таблиці 9.

Таблица 9

Обмеження по зчепленню коліс з рейками

				I
				A
0	210	0,340	57,12	900
20	210	0,270	45,81	745
40	210	0,260	42,93	705
60	210	0,240	40,39	670
80	210	0,230	37,94	635
100	210	0,210	35,53	615



3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ВИПРЯМЛЯЮЧОЇ УСТАНОВКИ І ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОВОЗА ПРИ РОБОТІ НА ЗМІННОМУ СТРУМІ

3.1 Розрахунок зовнішніх характеристик випрямляючої установки

Розрахунок зовнішньої характеристики випрямляючої установки виконаємо за формулою:

, (34)

де - напруга холостого ходу випрямляючої установки, В;

- втрати, що враховують комутацію і вплив пульсацій випрямленого струму, В;

- втрати на активному опорі трансформатора, В;

- втрати на активному опорі випрямного кола, В;

- втрати у вентилях, В.

Приблизно оцінюємо величину напруги холостого ходу випрямляючої установки за формулою:

, (35)

де - напруга короткого замикання трансформатора;

- показник, що враховує вплив пульсацій випрямленого струму при коефіцієнті відносної пульсації .

Звідси



Величину втрат, що враховують комутацію і вплив пульсацій випрямленого струму визначаємо за формулою:

(36)

- індуктивний опір трансформатора, Ом;

- середньовипрямлений струм, А.

Величину індуктивного опору трансформатора визначаємо за формулою:

(37)

Величину середньовипрямленого струму визначаємо за формулою:

(38)

де - кількість паралельних віток, що отримують живлення від випрямляючої установки.

Звідси

.

Згідно формули (36) маємо:



Величину втрат на активному опорі трансформатора визначаємо за формулою:

(39)

де - активний опір трансформатора.

Величину активного опору трансформатора визначаємо за формулою:

(40)

Звідси

.

Величину втрат на активному опорі випрямного кола визначаємо за формулою:

(41)

де - активний опір випрямного кола.

Величину активного опору випрямного кола визначаємо за формулою:

(42)



Звідси

.

Скориставшись формулою (34) уточнюємо величину напруги холостого ходу випрямляючої установки:

.

Будуємо зовнішню характеристику випрямляючої установки.

3.2 Розрахунок числа послідовно включених вентилів плеча моста

Число послідовно включених вентилів моста розраховуємо по найбільшій величині повторюваної напруги. Максимальну повторювану напругу визначаємо за формулою:

(43)

де - номінальна напруга на ТЕД, В;

- коефіцієнт, що враховує підвищення напруги випрямляючої установки при зниженні навантаження, при холостому ході,

- коефіцієнт, що враховує можливе підвищення напруги в контактній мережі до 29 кВ, .

Кількість послідовно включених вентилів визначаємо за формулою:



(44)

де - максимально зворотна напруга вентиля, В.

Для вентиля В2-500-10:

Приймаємо 4 вентилів.

Для вентиля В-800-9:

Приймаємо 5 вентиля.

Для вентиля В-810-10:

Приймаємо 4 вентиля.

Отримані дані заносимо до таблиці 10

3.3 Розрахунок числа паралельно включених вентилів у плечі моста

Кількість паралельно включених вентилів у плечі моста визначаємо за формулою:

(45)

де - розрахунковий струм пуску двигунів;

- номінальний струм вентиля, А;

- коефіцієнт, що враховує нерівномірний розподіл струму

між паралельними гілками в плечі моста;

- коефіцієнт, що враховує підігрів повітря при охолодженні останніх вентилів ВУ.

приймаємо рівним максимальному струму обмеження по зчепленню колеса з рейкою при значені швидкості V=0 км/год. Для цього визначаю допустиме значення сили тяги двигуна при пуску F_max за умови зчеплення колеса з рейкою при швидкості V=0.

З електротягової характеристики по значенню знаходжу значення

Для вентиля В2-500-10:

Приймаємо 3 вентилів.

Для вентиля В-800-9:

Приймаємо 2 вентиля.

Для вентиля В-800-10:

Приймаємо 2 вентиль

Отримані дані заносимо до таблиці 10.

3.4 Економічне обґрунтування вибору вентилів

Розглянемо декілька варіантів компонування випрямляючої установки різними типами випрямляючих діодів.

Таблиця 10

Техніко-економічні показники випрямляючої установки

Тип вентиля	В-500-8	В-800-9	В-800-10
	500	800	800
	800	900	1000
	4	5	4
	3	2	2
Загальна кількість.	12	10	8
Вартість за 1 шт., грн.	25.1	28.5	118
Вартість ВУ, грн.	1204.8	1028	851.2

В результаті порівняння техніко-економічних показників випрямляючої установки прийнято рішення використати діоди типу В-800-10, оскільки при їх необхідній кількості матеріальні затрати мінімальні, а технічні параметри - цілком відповідають вимогам проектування даної ВУ.

Приведемо схему з'єднання вентилів одного плеча ВУ.

3.5 Перерахунок швидкісних характеристик

Побудована зовнішня характеристика ВУ показує, що величина напруги, підведена до ТЕД, змінюється при зміні струмового навантаження. В зв'язку з цим швидкісні характеристики, отримані при умові , в режимі змінного струму потребують корегування. Швидкість ТЕД при живленні електровоза від власної ВУ визначається за формулою:

(46)

де - швидкість ТЕД, км/год, що відповідає струмові при напрузі контактної мережі ;

- напруга, яка підводиться до ТЕД при його живленні від ВУ елек-

тровоза при струмі , А;

- довільне значення випрямного струму, споживаного ТЕД, А;

Наступні розрахунки заносимо до таблиці 11.

Таблиця 11

Перерахунок швидкісних характеристик

, В	Іd, А	Позиція 23	Позиція 25
		, км/год	, км/год	, км/год	, км/год
1625	200	69,2	75,1	72	78,1
1580	300	53,6	56,5	58	61,2
1540	400	47,8	49,1	52	53,4
1492	500	43	42,8	48	47,7
1450	600	39,6	38,2	45	43,4
1407	700	36,6	34,2	43	40,2
1360	800	34,3	30,9	41,3	37,2

Перераховані характеристики наносим на рисунок 3. Очевидно, що характеристики ТЕД при живленні від ВУ стають більш «м'якими». Це негативно відображається на тягових властивостях локомотива, його здатності до буксування.

4. РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНИХ СХЕМ ЕЛЕКТРОВОЗА

4.1 Розробка силової схеми електровоза

За основу силової схеми приймаю схему типового електровозу, що рекомендується в завданні.

Електрична схема, повинна відповідати наступним вимогам: стабільно виконувати всі основні функції системи управління при найменшій кількості з'єднувальних дротів, контактів, апаратів; забезпечувати високій ступінь надійності всіх машин і апаратів при скороченні до мінімуму кількості апаратів з дугогасінням, тобто при найменшій кількості переключень з розривом кола силового струму; надійно синхронізувати спрацювання однакових апаратів на різних локомотивах при роботі по системі багатьох одиниць; ефективність захисту (попередження виникнення несправності або обмеження її поширення) всіх основних елементів та вузлів; недопущення роботи окремих елементів обладнання в різних режимах (наприклад, тягових двигунів частково в моторному, а частково в гальмівному режимі); виключення виникнення ненормальних режимів роботи основного обладнання ЕРС (коротке замикання обмоток трансформатора, реверсування увімкнених тягових двигунів тощо) при відмові будь якого апарата.

При проектуванні силової схеми передбачають можливість виконання наступних операцій управління локомотивом: під'єднання силового кола до дотикової мережі і рейки; пуск і регулювання швидкості тягових двигунів; змінення напрямку руху локомотива; забезпечення високої експлуатаційної надійності роботи силової схеми, тобто забезпечення захисту електроустаткування від перевантаження, коротких замикань, перенапруг і інших аварійних режимів; переключення силових кіл на аварійний режим при пошкодженні окремих тягових двигунів або апаратів; поліпшення комутаційної напруженості тягових двигунів при роботі електровоза від дотикової мережі змінного струму.

Силова схема електровоза, передбачає роботу тягових двигунів у тяговому режимі при напрузі на струмоприймачі 25 кВ змінного струму промислової частоти 50 Гц і 3 кВ постійного струму, і в режимі реостатного гальмування.

На першій позиції тягового режиму в коло тягових двигунів вводяться всі секції опорів пускового реостату. При розгоні електровоза відбувається почергове виведення секцій опорів до виходу на ходову позицію. Для подальшого розгону електровоза відбувається перегрупування ТЕД з послідовного «С» на паралельне з'єднання «П». На кожній ходовій позиції можна застосувати три ступені послаблення поля з допомогою контакторів 23,24,25,26,27 і 28.

При реостатному гальмуванні всі двигуни перегруповуються на паралельне з'єднання і підключаються до пускового реостату, на якому буде спалюватися енергія яку виробляють двигуни. В режимі реостатного гальмування коло ТЕД повністю від'єднується від контактної мережі. В даній схемі передбачено захист проти юзу з допомогою реле буксування, а також захист проти короткого замикання на землю завдяки реле землі.

На проектованому електровозі на послідовному з'єднанні передбачається 6 маневрових позицій, 10 реостатних позицій і ходова «С». На паралельному з'єднанні передбачається 2 додаткових позиції, 5 реостатних і ходова «П».

Силова схема кіл постійного струму захищена від короткого замикання швидкодіючим вимикачем 81. Від замикань на землю кола постійного струму захищені диференційним реле 83, яке при спрацюванні своїми блок-контактами розриває коло утримуючої котушки БВ і він відключається. В режимі змінного струму вся силова схема захищена від КЗ, включаючи первинну обмотку трансформатора, головним повітряним вимикачем 4. На ділянці змінного струму здійснюється захист від замикань на землю за допомогою реле заземлення 88, підключеного зі сторони вторинної обмотки трансформатора. При спрацюванні реле 88 відключається ГВ. Захист ТЕД від перевантажень і кругових вогнів виконано за допомогою реле перевантажень РПІ і РПІІ. При їх спрацюванні в тяговому режимі відключається ГВ і БВ, а в режимі реостатного гальмування - лінійні контактори ЛК1-2 і ЛК3-4. Для захисту від боксування застосовані реле боксування РБ, які своїми котушками підключені по мостовій схемі з колом якорів ТЕД. ВУ захищена від перевантажень і КЗ швидкодіючим вимикачем 81 і диференційним реле 83, а від атмосферних і комутаційних перенапружень зі сторони вторинної обмотки трансформатора - за допомогою розрядника 9 і R-C кола. Захист від підвищеної напруги в колі ТЕД в режимі електричного гальмування здійснюється за допомогою реле контролю напруги РМН, при спрацюванні яких відключаються лінійні контактори ЛК1-2 і ЛК3-4.

Після підйому струмоприймача під контактною мережею постійного струму по колу - струмоприймач 1, дросель завадо зниження ДП, даховий роз'єднувач 2, високовольтний плавкий запобіжник 11, первинна обмотка силового трансформатора напруги 10 і додаткові резистори 13 - отримують живлення і спрацьовують реле 1Рпост, 2Рпост, що включають вентиль приводу перемикача роду струму 7, рухомий ніж якого підключає кола ТЕД безпосередньо до контактної мережі.

Робота силового кола при живленні електровоза від контактної мережі постійного струму 3000 В здійснюється наступним чином. Струм проходить по колу: струмоприймач 1, дросель завадо зниження ДП, даховий роз'єднувач 2, перемикач роду струму 7, роз'єднувач аварійної роботи 46, швидкодіючий вимикач 81, диференційне реле 83, контакти гальмівного перемикача ПТ1 замкнені в положенні «моторний», контакти лінійного контактора ЛК1-2, згладжуючий реактор 55, обмотки якорів першого і другого двигуна, контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», обмотки збудження першого і другого двигуна М1, М2, контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», контакти гальмівного перемикача ПТ3 замкнені в положенні «моторний», секцію а2 додаткового реостата Rдод1, контактор електропневматичний 20, секцію а1* додаткового реостата Rдод1 , групу пускових реостатів Rпуск1, контакти групового перемикача С1, секцію б додаткового реостата Rдод11, контактор електропневматичний 17, секцію а1 додаткового реостата Rдод11 , групу пускових реостатів Rпуск11, реле перевантаження РПІІ, контакти лінійного контактора ЛК3-4, згладжуючий реактор 55, обмотки якорів третього і четвертого двигуна, контакти гальмівного перемикача ПТ5 замкнені в положенні «моторний», контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», обмотки збудження третього і четвертого двигуна М3, М4, контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», контакти гальмівного перемикача ПТ7 замкнені в положенні «моторний», диференційне реле 83, роз'єднувач аварійної роботи 46, лічильник електроенергії Wh, перемикач ВУ 48, земля.

При переході електровоза з ділянки постійного струму з напругою 3 кВ на ділянку змінного синусоїдального струму частотою 50 Гц і напругою 25 кВ, розділених нейтральною вставкою, відбуваються наступні переключення:

- на нейтральній вставці втрачають живлення реле 1Рпост, 2Рпост пристрою контролю роду струму, внаслідок чого перемикач роду струму 7 переходить в нейтральне положення і коло ТЕД відключається від струмоприймача;

- на ділянці змінного струму від вторинної обмотки трансформатора 10 одержують живлення реле 1Рзм, 2Рзм, які, включаючись, приводять в дію перемикач 48. Перемикач 48 відключає контактором 48Б коло ТЕД від «землі» і підключає його контактором 48А до зажимів випрямної установки 61;

- після включення реле 1Рзм, 2Рзм перемикач роду струму 7 переходить в положення, що відповідає змінному струму, і підключає до контактної мережі первинну обмотку силового трансформатора 3 (при включеному вимикачі 4).

При роботі на змінному струмі силові кола електровоза одержують живлення по колу: струмоприймач 1, дросель завадо зниження ДП, даховий

роз'єднувач 2, перемикач роду струму 7, силові контакти головного повітряного вимикача 4, первинна обмотка силового трансформатора 3, земля. ТЕД одержують живлення від вторинної обмотки трансформатора 3 через ВУ 61, контакторний елемент перемикача 48, роз'єднувач аварійної роботи 46, швидкодіючий вимикач 81, а далі так само як на постійному струмі.

В колі кожної групи ТЕД передбачені згладжуючи реактори 55. Обмотки збудження двигунів шунтуються резисторами для відводу змінної складової пульсуючого струму.

При реостатному гальмуванні (на «П») дві групи двигунів під'єднюються на реостат, в якості якого використовуються дві вітки пускового реостата та два додаткових реостата. Реостати підключені в дві паралельні вітки, кожна вітка має по одному пусковому та одному додатковому реостату. Напрям струму в обмотках збудження для запобігання роз магнічення машини збережено таким же як і в тяговому режимі. Шлях струму наступний:

- перше коло: обмотки збудження першого і другого двигуна М1, М2, контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», контакти гальмівного перемикача ПТ6 замкнені в положенні «гальмування», обмотки якорів третього і четвертого двигуна, згладжуючий реактор 55, контакти лінійного контактора ЛК3-4, дві паралельні вітки: 1-ша: реле перевантажень РПІІ, друга група пускових реостатів, додатковий реостат Rдод11 , контакти гальмівного перемикача ПТ8 замкнені в положенні «гальмування»; 2-га: контакти гальмівного перемикача ПТ9 замкнені в положені «гальмування», перша група пускових реостатів, додатковий реостат Rдод1. Далі струм йде через контакти гальмівного перемикача ПТ4 замкнені в положенні «гальмування», контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», обмотки збудження першого і другого двигуна М1, М2;

- друге коло: обмотки якорів другого і першого двигуна, згладжуючий реактор 55, контакти лінійного контактора ЛК1-2, контакти гальмівного перемикача ПТ2 замкнені в положенні «гальмування», контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», обмотки збудження третього і четвертого двигуна М3, М4, контакти реверсора Вп, замкнені в положенні «вперед», контакти гальмівного перемикача ПТ10 замкнені в положенні «гальмування», дві паралельні вітки: 1-ша: реле перевантажень РПІІ, друга група пускових реостатів, додатковий реостат Rдод11 , контакти гальмівного перемикача ПТ8 замкнені в положенні «гальмування»; 2-га: контакти гальмівного перемикача ПТ9 замкнені в положенні «гальмування», перша група пускових реостатів, додатковий реостат Rдод1. Далі струм йде через контакти гальмівного перемикача ПТ4 замкнені в положенні «гальмування», обмотки якорів другого і першого двигуна М1, М2.

4.2 Розробка вузла кола управління

Повітряний та швидкодіючий вимикачі

Повітряні та швидкодіючі вимикачі 4 та 81 обох секцій включаються кнопками ,,Включение аппаратов защиты“ та ,,Возврат аппаратов защиты” при умові , якщо реверсивна рукоятка КМЭ знаходяться у положенні ,,вперед” та ,,назад“, а головна рукоятка КМЭ - на нульовій позиції .

Утримуючі котушки вимикачів 4 та 81 і котушка реле диференційного захисту 83 отримують живлення після включення кнопки ,,Включение аппаратов защиты” на всіх робочих позиціях головної рукоятки КМЭ.При піднятому струмоприймачеві - через замкнені контакти реле РВ2 чи РВ4 пристрій роду струму 50, а при опущеному - через блок-контакти заземлення 5.

Короткочасне включення кнопки з поверненням ,,Возврат аппаратов защиты“ після переміщення перемикача 7 у положення ,,переменный ток“ або ,,постоянный ток” забезпечує подачу напруги на включення котушки 4 та 81 , а також на проміжне реле 207.

Контактами реле 207 вмикається реле 83 і розмикається коло живлення вмираючої котушки 4, що дозволяє попередити повторне включення вимикача 4 при КЗ у силовому колі.

Вимкнення апарату захисту 4 та 81 відбувається виключенням кнопки ,,Включение аппаратов защиты”, а також при знятті напруги в контактній мережі (розмикаються контакти реле РВ2,РВ4) і спрацюванні захисних апаратів. При цьому на відключення швидкодіючого вимикача 81 діють: спрацювання реле перевантаження РП1, РП2 і реле диференційного захисту 83 ; а на відключення повітряного вимикача 4 - реле заземлення 88, реле максимальної напруги 122, струмове реле 113, вбудоване у вимикач реле максимального струму РП, зниження тиску повітря в резервуарі вимикача нижче 4,6 ат.



ВИСНОВОК

Метою даного курсового проекту була розробка одиниці електрорухомого складу котра працює по системі подвійного живлення. Основною перевагою електровоза подвійного живлення є те , що дана система дає змогу використовувати один електровоз на всьому шляху слідування поїзда без втрати часу на зміну локомотива в пунктах стикування роду струму. Також варто відмітити, що уніфікація локомотива дає змогу збільшити провізну та пропускну спроможність лінії, на якій даний локомотив експлуатується. Однак при використанні електровозів подвійного живлення необхідно мати в наявності спеціалізовані депо та технічні бази,що не завжди э доцільно з економічної точки зору.

Даний курсовий проект закріпив мої знання по дисципліні «Системи керування ЕРС», а також розширив уявлення про конструкцію електрорухомого складу подвійного живлення, особливості схемних рішень і задачі які постають в процесі проектування.

Я дійшла висновку, що даний тип рухомого складу є доцільним на наших залізницях і дозволяє вирішити багато проблем, а також підвищити якісні та кількісні показники процесів перевозок.

Перспективами для розвитку даного рухомого складу є вдосконалення його схеми із заміною ступінчатого реостатного пуску на плавний автоматичний реалізований за рахунок використання імпульсних напівпровідникових перетворювачів, а також впровадження системи рекуперативного гальмування, котра є особливо потрібною на гірських дільницях електрифікованих постійним струмом таких як Карпати та Крим. Застосування рекуперації має багато переваг як з економічної точки зору так і з точки зору безпеки руху.



ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. - М.; «Транспорт», 1980. - 471с.

2. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.; «Транспорт», 1985. - 287с.

3. Петрович Л.В. Методичні вказівки по проектуванні системи управління ЕРС подвійного живлення. Дніпропетровськ. ДІІТ. 2005

4. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. М.: «Транспорт», 1991. 480с.

Размещено на Allbest.ru