Расчет характеристик локомотива с электрической передачей постоянного и переменно-постоянного тока

 

 

Тяговую и экономические характеристики тепловоза с электропередачей рассчитывают и строят по рабочим характеристикам тяговых электрических машин, которые могут быть получены путем полного электромагнитного и электромеханического расчета машин или на основании их универсальных характеристик. При предэскизном и эскизном проектировании локомотивов используют второй способ.

У электрических машин одного и того же назначения с одинаковой системой возбуждения и выполненных из одних и тех же магнитных и электрических материалов безразмерные характеристики близки. Универсальные характеристики (характеристики намагничивания, внешние характеристики генераторов, электромеханические характеристики электродвигателей) соответствуют характеристикам подобных машин и представляют собой зависимости между величинами, отнесенными к их базовым значениям. Обычно в качестве базовых выбирают номинальные значения величин. Кроме того, из теории подобия известно, что электрические, магнитные, механические потери мощности в машине-модели должны составлять такую же долю от ее полной мощности, какую они составляют в машине-оригинале. Это условие не является определяющим, но из него следует, что для подобных машин зависимость также близко совпадает. Справедливость этого положения подтверждают графики (рисунок 66). Заштрихованная площадь - зона расположения графиков зависимости характеризующей тяговые генераторы тепловозов постоянного тока мощностью 700-2200 кВт. С незначительной погрешностью указанную зону можно заменить некоторой средней кривой 1. Кривая 2 представляет собой ту же зависимость для синхронных тяговых генераторов тепловозов с учетом звена постоянного тока.

 

 

При изменении тока генератора от до мощность генератора (в кВт)

 

. (3.47)

 

Разделив равенство (3.47) на равенство (3.38) и учитывая, что получим

или , (3.48)

 

где и - относительные значения напряжения и тока генератора.

 

Используя выражение (3.48), строят безразмерную требуемую внешнюю характеристику генератора (кривая 3, рисунок 66) в зоне ограничения по мощности первичного двигателя. Для подобных машин зависимости идентичны, следовательно, идентичны и зависимости . На этом основании требуемую безразмерную внешнюю характеристику тяговых генераторов тепловозов в зоне ограничения по мощности первичного двигателя относят к универсальным характеристикам.

Напряжение на зажимах электродвигателя изменяется в соответствии с внешней характеристикой генератора. Кроме того, для расширения диапазона изменения силы тяги и скорости движения , в котором используется полная мощность дизеля, или для уменьшения массы генератора при заданном диапазоне изменения и осуществляют регулирование магнитного потока тяговых электродвигателей.

Универсальными характеристиками тягового электродвигателя тепловоза (рисунок 67) принято считать зависимости и при постоянном коэффициенте возбуждения ( ) и при регулировании напряжения на зажимах электродвигателя обратно пропорционально току нагрузки (в соответствии с требуемой внешней характеристикой генератора, кривая 3 на рисунке 66).

Эти характеристики имеют вид

 

, , ,

 

где - текущее и длительное значения момента электродвигателя;

- текущее и длительное значения угловой скорости якоря электродвигателя;

- текущее и длительное значения тока электродвигателя;

- ток возбуждения электродвигателя.

 

 

В предварительных расчетах универсальные характеристики тяговых электрических машин используют для построения их действительных характеристик. Расчет требуемых характеристик тяговых электрических машин выполняют следующим образом.

1. Выбирают схему соединения тяговых электродвигателей наибольшее значение напряжения генератора . Практикой проектирования тяговых генераторов для подвижного состава установлено, что наивыгоднейшее получают при смешанном соединении тяговых электродвигателей, -
при параллельном. В этих случаях масса передачи, приходящаяся на единицу мощности, наименьшая.

2. Выбирают наибольшую угловую скорость якоря электродвигателя и по формуле (3.42) определяют передаточное число зубчатой пары, соединяющей вал электродвигателя с колесами локомотива.

3. Определяют коэффициент возбуждения тягового электродвигателя. По условиям коммутации значение должно быть не менее 0, 3-0, 38. Если , то необходимо выбирать промежуточную ступень регулирования.

4. Находят относительное значение максимальной скорости движения тепловоза и соответственно относительное значение максимальной угловой скорости якоря электродвигателя, при которой используется полная мощность дизеля:

, (3.49)

 

где - максимальная скорость движения, при которой используется полная мощность дизеля. Для магистральных тепловозов , для маневровых .

5. По универсальной характеристике тягового электродвигателя (см. рисунок 66) находят для известных значений и относительные значения минимального тока электродвигателя и генератора при полном использовании мощности дизеля.

6. По универсальной характеристике главного генератора (см. рисунок 65, кривая 3) для определенного значения находят относительную величину максимального напряжения генератора .

7. Определяют значения напряжения и тока тяговых электрических машин в длительном режиме

 

; (3.50)

 

. (3.51)

Пользуясь полученными на основании безразмерной характеристики строят внешнюю характеристику главного генератора. Силу тока I и напряжение U тяговыхэлектродвигателей находят по напряжению и току генератора в соответствии с принятой схемой их соединения.

7. Вычисляют момент и угловую скорость электродвигателя в длительном режиме

 

; (3.52)

 

, (3.53)

 

где - КПД электродвигателя в длительном режиме, выбираемый по графику (рисунок 68).

По найденным значениям , и на основании универсальных характеристик тягового электродвигателя (см. рисунок 66) строят его действительные электромеханические характеристики.

 

 

Характеристику силы тяги автономного локомотива с электрической
передачей строят по электромеханическим характеристикам тяговых электродвигателей. Задаваясь угловой скоростью электродвигателя , по электромеханическим характеристикам находят соответствующий этой скорости момент М. Затем по известным и М определяют скорость движения

 

(3.54)

и силу тяги локомотива

 

(3.55)

 

Определив таким образом значения и для каждого режима работы электродвигателей, строят характеристику силы тяги в зоне ограничения по мощности дизеля.

Пример. Рассчитать основные параметры электрической передачи переменно-постоянного тока и построить характеристики тяговых электрических машин.
Исходные данные: номинальная мощность дизеля 2940 кВт; угловая скорость вала дизеля = 104, 5 рад/с; скорость тепловоза в длительном режиме = 50 км/ч; конструкционная скорость тепловоза 160 км/ч; число тяговых электродвигателей п= 6; диаметр ведущих колес локомотива = 1, 05 м; коэффициент свободной мощности дизеля =0, 94.

Принимаем параллельное соединение тяговых электродвигателей, максимальное напряжение генератора на выходе звена постоянного тока = 750 В,
максимальную угловую скорость вала электродвигателя = 228 рад/с и минимальный коэффициент возбуждения электродвигателя = 0, 38.

Передаточное число по формуле (3.42)

.

 

Мощность генератора в длительном режиме на выходе из звена постоянного тока по формуле (3.38)

 

кВт.

 

Мощность тягового электродвигателя в длительном режиме по формуле (3.41)

 

кВт.

 

Относительная максимальная угловая скорость вала электродвигателя по формуле (3.49)

 

Угловая скорость вала электродвигателя и вращающий момент в длительном режиме по формулам (3.52) и (3.53)

 

рад/с;

.

 

Приведенный к ободу колес КПД электродвигателя определяем по графику (рисунок 60). При кВт получаем .

Минимальную относительную силу тока генератора =0, 69, при которой используется полная мощность дизеля ( ; = 0, 38), находим по графикам (см. рисунок 58). Для этого значения силы тока по графику находим максимальное относительное значение напряжения генератора = 1, 45.

Длительное выпрямленное значение напряжения и силы тока генератора по формулам (3.50) и (3.51) соответственно равны

 

В;

А.

 

Сила тока электродвигателя в длительном режиме

 

А.

 

Масса генератора и электродвигателя по формулам (3.45) и (3.46) составляют

 

кг;

кг.

 

Действительную внешнюю характеристику генератора с учетом звена постоянного тока получаем при пересчете безразмерной характеристики (см. рисунок 58) по формулам

 

; .

 

В результате расчета получаем следующие значения.

 

	0, 6	0, 69	0, 8	1, 0	1, 2	1, 4	1, 6
	1, 45	1, 45	1, 25	1, 0	0, 825	0, 685	0, 6
, А
, В

 

Действительные электромеханические характеристики электродвигателя получаем при пересчете универсальных характеристик (см. рисунок 59) по формулам

 

, , .

 

Результаты расчета электромеханических характеристик электродвигателя
и тяговой характеристики тепловоза для различных значений коэффициента
сведены в таблицу 20. Скорость движения тепловоза рассчитана по формуле (3.54),
а сила тяги по формуле (3.55) при КПД зубчатой передачи = 0, 98.

 

Таблица 20.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: