3341 ЭИ

63

56

49

42

35

28

21

14

7

0	100	200	300

-7

-14

-21

1

400

4

3

B

A

45

44

43

42

41

L		40
		36
		35	39
		34
		33	38
		32
		31
		30	37
	M	29
		28
		22
		21	27
		20
		19
		18
		17	26
		16
		15
		14
		13	25
		12
		11	24

	500	600	23
			10
			9

6	8
	7
5

2

Рис. 4.1. Скоростные характеристики электровоза и пусковая диаграмма

21

5.1. Расчетная схема и исходные данные

Расчетная схема для режима рекуперативного тормоза показана на рис. 5.1 [3]. В ней количество якорей тяговых двигателей (ТД), соединенных последовательно зависит от группировки двигателей (П, СП, С). Группировкой же определяется величина стабилизирующего резистора (Rcт). Для проектируемого электровоза с допущениями примем такую же схему и величины Rcт для разных соединений двигателей, как на электровозе BЛ10 (см. рис. 5.1).

Рис. 5.1. Расчетная схема режима рекуперативного торможения

Количество возбудителей на электровозе зависит от общего количества тяговых двигателей и задается; для шестиосного электровоза – один, для восьмиосного – два, для двенадцатиосного – три.

Обмотки возбуждения тяговых двигателей соединяются в две параллельные группы по три для шестиосного и по две для электровозов с большим количеством двигателей.

В качестве возбудителя принимается НБ-436Б. Необходимые для расчетов параметры такого возбудителя [3]: номинальный ток возбудителя Iвн = 800 А; сопротивление обмотки якоря rr = 0,00896 Ом; сопротивление обмотки противовозбуждения возбудителя (ПВВ) rпвв = 0,00192 Ом.

Резистор Rр (см. рис. 5.1) позволяет получить 15 позиций регулирования режима рекуперативного тормоза.

22

При напряжении в контактной сети Uкс = 3300 В, которое является расчетным для рекуперативного торможения, зависимость между ЭДС на зажимах генератора возбудителя (Г) от позиций регулирования, рассчитанная по формуле [3], В:

Ег = Iв (Rг + r гп а/в),

(5.1)

где I в– ток возбудителя, А (см. (5.2));

Rг = 0,00896 Ом – сопротивление обмотки якоря возбудителя;

rгп – сопротивление обмотки главных полюсов тягового двигателя (см. табл. 3.2); а – количество последовательно соединенных обмоток возбуждения;

в – количество параллельных цепей обмоток возбуждения (см. рис. 5.1), определяется из нагрузочной характеристики возбудителя [3], для НБ-436Б в = 2.

Зависимость между ЭДС генератора возбудителя НБ-436Б от номера позиции регулирования (всего их 15) показана на рис. 5.2. Она представляет собой семейство характеристик для разных токов рекуперации.

Рис. 5.2. Зависимости ЭДС возбудителя НВ-436Б от позиций регулирования

при UKС = 3300 В и разных токах рекуперации IР 23

В соответствии с рис. 5.2 можно определить ток возбудителя (см. рис. 5.1) на любой позиции из следующего выражения, А:

	IВ	=		Eг	,	(5.2)
			Rг	+ rгп а в

где Ег – см. рис. 5.2, В.

Другие составляющие (5.2) смотреть в (5.1). Например, для того чтобы определить IВ на 10-й позиции при токе рекуперации Ip = 300 А, на рис. 5.2 провести вертикаль, соответствующую 10-й позиции, до пересечения с линией зависимости Ег = f(N) для тока Ip = 300 А и по положению точки пересечения определить Ег. Подставив значение Ег в (5.2), определим IВ.

При этом ток, проходящий в обмотке возбуждения двигателя IОВ (см. рис. 5.1), составит:

	IОВ =	IВ	,	(5.3)
		в

где IВ – см. (5.2); в – см. (5.1).

5.2. Тормозные характеристики

Тормозной характеристикой называют зависимость между тормозным усилием и скоростью движения В = f(V). Другой важной характеристикой режима рекуперативного тормоза является зависимость между скоростью движения и током в тяговом двигателе

V = f(Ip).

Тормозное усилие, развиваемое электровозом, складывается из тормозных усилий каждого двигателя, кН:

	3,6 10− 3
В = m		С	ФI	p	+	B ,	(5.4)
	ηзп ηд	v

где m – количество тяговых двигателей на электровозе; Ip – ток якоря двигателя в режиме рекуперации, А; CvФ – см. табл. 3.3 в абсолютных значениях, В/(км/ч); ηзп = 0,975 – КПД зубчатой передачи [3]; ηд – КПД двигателя (см. табл. 3.1);

В – добавочное тормозное усилие, связанное с механическими и электрическими потерями мощности.

Если с допущениями принять, что В составляет 3 % от первого слагаемого в (5.4), то тормозное усилие можно представить, кН:

В=	1,03 3,6 m	СvФIp 10− 3 .	(5.5)
	ηзп ηд
	24

Зависимость скорости от тока в якоре определяется выражением

V =	Uкс + IpRт	,	(5.6)
	nСvФ

где UKС = 3300 В – расчетное значение напряжения в контактной сети для тормозного режима;

Ip – ток в якоре двигателя в тормозном режиме (ток рекуперации), А;

Rт – общее сопротивление цепи якоря двигателя (зависит от группировки двигателей П, СП, С), Ом;

n – количество якорей тяговых двигателей, соединенных последовательно (зависит от группировки двигателей П, СП, С);

СvФ – см. (3.5) и рис. 3.1, B/(км/ч).

Общее сопротивление цепи якоря двигателя (см. рис. 5.1), Ом:

Rт = n(ra+ rдп+ rко )+rппв +Rcт rш,

(5.7)

где n – см. (5.6);

ra, rдп, rко – см. табл. 3.2 и (3.4); rппв = 0,00192 Ом – см.(5.1);

rш = 0,025 Ом (сопротивление индуктивного шунта); Rст – возможны 2 варианта:

Rстп = 0,116 Ом для параллельного соединения якорей двигателей [12]; Rстсп = 0,348 Ом для CП и С соединений якорей двигателей [12];

5.3. Последовательность расчета характеристик

Расчет характеристик производится в следующем порядке:

1)Выбрать количество возбудителей на проектируемом электровозе.

2)На основе рис. 5.1 изобразить расчетную схему режима рекуперативного тормоза для Вашего электровоза.

3)Задаться величиной тока якоря при рекуперации (например, Ip = 0 А).

4)Задаться группировкой якорей двигателей (например, П).

5)Задаться позицией регулирования тормозного режима (максимальное число позиций – 15, лучше начать с позиции 1).

6)Из рис. 5.2 для выбранной позиции регулирования и выбранного тока якоря Iр определить Ег (5.1).

7)По формуле (5.3) с учетом (5.2) и (5.1) определить IОВ.

8)По рис. 3.1 для найденного в п. 7 значения IОВ определить CvФ.

9)По формуле (5.5) с учетом (5.4) для выбранного в п. 1 тока Ip и найденного в п. 8 значения CvФ определить тормозное усилие В.

10)По формуле (5.7) определить Rт (учесть изменения Rст).

25

11)По формуле (5.6) для заданного в п. 3 значения Ip и найденного в п. 8 CvФ вычислить V.

12)Изменить группировку двигателей (например, с П на СП).

13)Выполнить расчеты по пп. 10 и 11 для выбранного в п. 12 соединения при выбранной в п. 5 позиции регулирования.

14)Изменить группировку двигателей (например, с СП на С).

15)Выполнить расчета по пп. 10 и 11 для выбранного в п. 14 соединения при выбранной в п. 5 позиции регулирования.

16)Занести результаты расчетов в пп. 7, 8, 9, 11, 13 и 15 в табл. 5.1 в соответствующие колонки [3].

Таблица 5.1

Расчетные данные характеристик тормозного режима

Ток рекуперации

Пози-

Ip = 0 А

Ip = 200 А

ция

Iов,

СvФ,

В,

Vп,

Vсп,

Vс,

Iов,

СvФ,

В,

Vп,

Vсп,

Vс,

А

В/(км/ч)

кН

км/ч

км/ч

км/ч

А

В/(км/ч)

кН

км/ч

км/ч

км/ч

1

2

:

:

15

Пози-

Ток рекуперации

ция

Ip = 400 А

Ip = 600 А

1

2

:

:

15

17)Повторить расчеты, начиная с п. 5 для всех 15 позиций регулирования тормозного режима.

18)Задаться другой величиной тока якоря Ip = 200 А. Повторить расчеты по пп. 4–17.

19)Задаться Ip = 400 А. Повторить расчеты по пп. 4–17.

20)Задаться Ip = 600 A. Повторить расчеты по пп. 4–17.

Вид характеристик тормозного режима В = f(V) и V = f(I) показан на рис. 5.3.

26

Рис. 5.3. Вид тормозных и скоростных характеристик для 1–15 позиций регулирования рекуперативного режима

5.4. Ограничения характеристик рекуперативного тормоза

Как и в режиме тяги, при управлении электровозом необходимо выполнить определенные условия, чтобы не допустить аварийных режимов.

5.4.1. Ограничение по максимальной скорости

Это ограничение определяется конструкционной скоростью электровоза и показано на рис. 5.3 в виде горизонтальной линии на уровне Vк (см. задание).

5.4.2. Ограничение тормозного режима по сцеплению колеса с рельсом

Это ограничение по своей природе не отличается от аналогичного в тяговом режиме, но срыв сцепления приводит не к буксованию, а к юзу.

Нарушение сцепления наступает в том случае, когда тормозное усилие превышает силу сцепления колеса с рельсом.

Предельные значения тормозного усилия для электровоза определит выражение, кН:

Вmax = ψкт М g,

(5.8)

где ψкт – расчетный коэффициент сцепления колеса с рельсом в режиме электрического торможения;

М – масса, электровоза (см. (2.6)), т;

g = 9,81 м/сек2 – ускорение свободного падения.

27

Расчетный коэффициент сцепления в тормозном режиме принимают на 20 % меньше, чем в тяговом [3]:

ψкт = 0,8ψк

(5.9)

где ψк – см. (4.2).

Задаются скоростью движения V и по формуле (5.9) с учетом (5.2) определяют ψкт. Подставляют найденное значение в (5.8), определяя Вmax. Расчетные значения ψкт и Вmax для ряда скоростей заносят в табл. 5.2.

На данным табл. 5.2 наносят ограничения по сцеплению на характеристики тормозного режима (рис. 5.3) сначала на В = f(V), а затем переносят на характеристики V = f(I). Для этого проводят горизонталь из точек пересечения ограничения по сцеплению с характеристиками В = f(V) позиций регулирования до пересечения с соответствующими характеристиками V = f(I) так, как это показано на рис. 5.3.

								Таблица 5.2
	Расчетные значения ограничений тормозного усилия по сцеплению
V, км/ч	0	5	10	20	40	60	80		100
ψкт
Вmax, кН

5.4.3. Ограничение по максимальному току возбуждения. Выбор числа позиций рекуперативного торможения

Как показано в [13], максимальный ток в обмотках возбуждения можно принять с допущениями для рекуперативного режима:

Iов max = 1,1 Iдн ,

(5.10)

где Iдн – см. (3.1).

Так как в расчетах использован возбудитель НБ-436В, то для проектируемого электровоза с учетом максимального тока возбуждения не всегда можно использовать все 15 позиций регулирования тормозного режима. То есть, ограничение по Iов max для конкретного типа возбудителя связано с возможным ограничением количества позиций регулирования.

Для определения числа возможных позиций регулирования необходимо в соответствии с (5.1) и (5.3) вычислить максимальное значение ЭДС генератора возбудителя, В:

Ег max = Iов max в(Rг + rгп а/в),

(5.11)

где Iов max – см. (5.10); остальные составляющие см. (5.1).

28

Затем на характеристиках Eг = f(N) рис. 5.2 провести горизонталь, соответствующую Ег max, до точки пересечения с характеристикой Ip = 0 А. Опустить из этой точки вертикаль, до пересечения с осью абсцисс, которая и определит возможное количество позиций регулирования тормозного режима. Например, как это показано на рис. 5.2, при Ег max = 45 В без ограничения можно использовать лишь 11 позиций. Если же Ег max > 54 В, то можно использовать все 15 позиций.

Следует отметить, что максимальный ток возбуждения Iов max выбирается, в частности, из соображений отсутствия перегрева обмотки возбуждения при 40-минутном режиме ее работы [3]. Поэтому при более кратковременном режиме в нашем примере машинист мог бы использовать 12-ю и последующие позиции регулирования.

5.4.4. Ограничения по условиям коммутации

Как и в режиме тяги, в режиме рекуперативного торможения необходимо не допустить такого соотношения между током якоря и током возбуждения, которое привело бы к аварийному режиму по условиям коммутации.

Минимальное соотношение между Ip и Iов определяется из выражения [3]:

	Ip	=	1	,	(5.12)
	Ioвmin		βmin

где βmin – см. задание.

Именно такое соотношение рассматривается как ограничение по коммутации для параллельного соединения (П) якорей тяговых двигателей.

При пониженном напряжении на коллекторе, что характерно для СП- и С- соединений, допускается соотношение, являющееся ограничением по коммутации для указанных соединений якорей двигателей:

	Ip	= 4 .	(5.13)
	Ioвmin

Расчет ограничений В = f(V) и V = f(Ip) осуществляется в следующем порядке:

-задаются группировкой якорей, например, П-соединением, а значит и Ip/ Iовmin в соответствии с (5.12) или (5.13);

-задаются током якоря, например Ip = 200 A;

-по формуле (5.12) или (5.13) вычисляют Iовmin, А;

-по рис. 5.1, задав Iов min, определяют значение CvФ, B/км/ч;

-по формуле (5.6) с учетом (5.7) находят значение V, км/ч;

-по формуле (5.5) вычисляют В, кН;

-заданные и расчетные данные заносят в табл. 5.3;

-повторяют расчеты последовательно для Ip = 300 A, 400 А, 500 А, 600 А;

-повторяют расчета для СП- и С- соединений.

29

По данным табл. 5.3 на характеристики В = f(V) и V = f(Ip) наносятся ограничения по коммутации (см. рис. 5.3).

Таблица 5.3

Расчетные данные ограничений тормозного режима по коммутации

Соединение якорей двигателей

Ip, А

П (Ip / Iовmin = 1/βmin)

СП (Ip / Iовmin = 4)

С (Ip / Iовmin = 4)

Iовmin,

CvФ,

V,

В,

Iовmin,

CvФ,

V,

В,

Iовmin,

CvФ,

V,

В,

А

B/(км/ч)

км/ч

кН

А

B/(км/ч)

км/ч

кН

А

B/(км/ч)

км/ч

кН

200

300

400

500

600

По данным табл. 5.3 на характеристики В = f(V) и V = f(Ip) наносятся ограничения по коммутации (см. рис. 5.3).

6.СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА, ПОРЯДОК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ

ИХАРАКТЕРИСТИК

Содержание проекта (работы) определяет преподаватель, причем оно может быть как сужено, так и расширено.

При многовариантных расчетах в тексте давать сначала примеры расчета, а результаты других аналогичных расчетов – в виде таблиц. Также поступать при использовании ЭВМ.

6.1.Мощностные и массогабаритные параметры

1)Скорость электровоза на расчетном подъеме. Определяется в соответствии с (2.3)

иисходными данными.

2)Сила тяги электровоза на расчетном подъеме. Определяется в соответствии с (2.2)

сучетом рис. 2.1 для Vp и исходными данными.

3)Мощность электровоза на расчетном подъеме. Определяется в соответствии с

(2.1) с учетом (2.2) и (2.3).

4)Мощность электровоза в номинальном режиме. Определяется в соответствии с

(2.4) и (2.1).

5)Номинальная мощность тягового двигателя и число осей электровоза. Выбираются в соответствии с (2.5) и соображений, изложенных в разделе 2. Выбрать тип электровоза-аналога (см. Приложение).

6)Масса электровоза. Определяется в соответствии с (2.6).

30