Результаты расчета тяговой характеристики тепловоза

С электрической передачей постоянного тока

				, А	, рад/с	М,	, км/ч	, кН
1, 0	0, 69	1, 78	0, 60		126, 5		88, 5	103, 0
0, 8	1, 42	0, 74		101, 1		70, 8	129, 0
1, 0	1, 0	1, 0		71, 0		49, 6	174, 0
1, 2	0, 75	1, 3		53, 3		37, 3	226, 0
1, 4	0, 6	1, 62		42, 6		29, 8	285, 0
1, 6	0, 51	1, 98		36, 2		25, 3	338, 0
0, 60	0, 69	2, 3	0, 45		163, 0		114, 0	89, 5
0, 8	1, 82	0, 58		129, 0		90, 5	101, 0
1, 0	1, 30	0, 79		92, 3		64, 5	138, 0
1, 2	0, 88	1, 00		69, 5		48, 6	174, 0
1, 4	0, 78	1, 27		55, 5		38, 8	222, 0
0, 38	0, 69	3, 2	0, 32		228, 0		160, 0	55, 8
0, 8	2, 46	0, 42		175, 0		122, 0	73, 5
1, 0	1, 74	0, 58		124, 0		87, 0	101, 0
1, 2	1, 48	0, 75		105, 0		73, 5	131, 0
1, 4	1, 03	0, 94		73, 2		51, 3	164, 0

Расчет характеристик локомотива с электрической передачей

Переменного тока

В электрической передаче переменного тока в качестве тягового используют асинхронный короткозамкнутый электродвигатель (Ад). Угловая скорость ротора асинхронного электродвигателя

 

(3.56)

 

где - частота питающего АД напряжения;

р — число пар полюсов АД;

s - скольжение.

Из выражения (3.56) видно, что для плавного регулирования угловой скорости Ад в широких пределах необходимо в таких же пределах регулировать частоту тока питающей сети.

При частотном управлении Ад необходимо регулировать не только частоту, но и амплитуду напряжения статора. Соотношение между частотой и напряжением, подаваемым на статор Ад при частотном управлении, называют законом частотного управления Ад. Наиболее общий закон частотного управления для идеализированного АД (активное сопротивление обмотки статора , магнитная цепь не насыщена, охлаждение принудительное), позволяющий обеспечить оптимальный режим его работы при синусоидальной форме напряжения, записывают в виде

 

, (3.57)

 

где - относительный параметр напряжения;

 

- относительный параметр частоты;

 

- относительный параметр момента вращения;

 

- текущие значения соответственно напряжения, частоты и момента;

 

- номинальные значения соответственно напряжения, частоты и момента.

Учитывая падение напряжения в обмотках статора, формулу (3.57) можно представить в виде:

при постоянном моменте нагрузки

 

(3.58)

 

при постоянной мощности

. (3.59)

 

Здесь - ЭДС электродвигателя;

- магнитный поток, Вб, определяется по магнитной характеристике электродвигателя;

- постоянная машины, определяемая его конструкцией: числом пар полюсов р, числом пар параллельных ветвей обмотки якоря а и числом проводников в ней N.

 

.

 

Магнитной характеристикой электродвигателя называют зависимость магнитного потока от тока возбуждения, то есть от тока, протекающего по катушкам главных полюсов. Эта зависимость имеет нелинейный характер, что связано с особенностями ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь двигателя.

Частота ротора АД пропорциональна его абсолютному скольжению

 

,

 

где - угловая скорость магнитного поля статора. В теории частотно-управляемого электропривода частоту тока ротора и абсолютное скольжение оценивают по относительному параметру

 

.

 

Относительное скольжение ротора

 

.

 

Угловая скорость ротора

 

.

 

При аналитических расчетах характеристик частотно-управляемого АД относительный параметр играет такую же роль, как и относительное скольжение при постоянной частоте питающего напряжения.

При электрической передаче любого типа для поддержания постоянной мощности дизеля напряжение генератора в рабочей зоне примерно должно быть обратно пропорционально току нагрузки. Поскольку напряжение, приложенное к АД, изменяется по тому же закону, что и напряжение генератора, то для каждой зоны внешней характеристики генератора выбирают оптимальный закон частотного управления АД.

Первоначальный разгон поезда целесообразно проводить при постоянной силе тяги и постоянном моменте АД. Поэтому в зоне ограничения тока генератора управление АД отвечает формуле (3.58). В зоне ограничения по мощности дизеля мощность, подводимая к АД, . В этой зоне регулирования АД осуществляют по зависимости (3.59).

Выпрямитель звена постоянного тока обладает односторонней проводимостью. Обмен реактивной энергией между генератором и АД отсутствует. Поэтому выпрямленный ток генератора определяется активной составляющей тока нагрузки (Ад). При этом, если регулирование Ад в зоне ограничения силы тока генератора отвечает формуле (3.58), а в зоне ограничения по мощности дизеля формуле (3.59), то практически соблюдается равенство

 

, (3.60)

 

где , ;

- текущее и длительное значения выпрямленного тока генератора; - текущее и длительное значения магнитного потока Ад.

Как указывалось выше, масса и размеры генератора зависят от коэффициента регулирования напряжения генератора. В электропередаче постоянного и переменно-постоянного тока при прочих равных условиях понижается при уменьшении коэффициента возбуждения электродвигателей. В электропередаче переменного тока с АД значение обусловлено характеристиками и регулировочными свойствами Ад и принятым законом частотного управления. В результате расчета установлено, что если управление Ад отвечает формуле (3.60), то для поддержания постоянной мощности дизеля во всем диапазоне изменения силы тяги и скорости движения тепловоза требуемый коэффициент регулирования напряжения .

Для уменьшения коэффициента применяют двухзонное регулирование Ад при . Первая зона соответствует изменению напряжения генератора от до . Вторая зона соответствует условию

 

;

 

.

 

При возрастании частоты (скорости движения) это условие может быть выполнено только путем увеличения абсолютного скольжения Ад. Увеличение частоты при постоянном напряжении приводит к уменьшению магнитного потока двигателя, поэтому такой режим работы Ад аналогичен ослаблению магнитного потока электродвигателя постоянного тока.

Момент, который развивает Ад в режиме , уменьшается примерно обратно пропорционально квадрату частоты (скорости движения тепловоза). В то же время сила тяги (момента Ад), соответствующая требуемой тяговой характеристике тепловоза, уменьшается примерно обратно пропорционально скорости движения (частоты). Это приводит к уменьшению перегрузочной способности АД. Таким образом, при заданном диапазоне изменения скорости движения локомотива уменьшение коэффициента ограничено снижением перегрузочной способности Ад.

Перегрузочную способность АД оценивают коэффициентом , который
равен отношению критического крутящего момента к его текущему
значению . В расчетах принимают . На рисунке 69 приведены графики зависимости при для тепловозных Ад (где - требуемый коэффициент регулирования напряжения генератора; - требуемое наибольшее значение коэффициента регулирования частоты). При этом .

 

 

 

При построении внешней характеристики генератора в зоне ограничения по напряжению необходимо знать требуемую величину . Ее определяют следующим образом.

1. Находят активную мощность, потребляемую АД в длительном режиме,

 

, (3.61)

 

где - длительная мощность генератора на выходе звена постоянного тока;

- КПд инвертора, .

2. Определяют передаточное число по формуле (3.42) и угловую скорость ротора Ад в длительном режиме по формуле (3.56).

3. Определяют частоту тока Ад в длительном режиме

 

, (3.62)

 

где .

Для тепловозных Ад рекомендовано принимать число пар полюсов р = 3. Дальнейшее увеличение числа пар полюсов приводит к возрастанию частоты тока при той же угловой скорости , вследствие чего уменьшается коэффициент мощности и растут потери в стали Ад.

В режиме наибольшей скорости движения локомотива

 

. (3.63)

4. Вычисляют максимальное значение относительного параметра частоты

 

. (3.64)

 

5. По графикам , приведенным на рисунке 69, для принятого значения находят коэффициент при . Очевидно, что найдено значение коэффициента регулирования напряжения .

Действующее фазное напряжение обмотки статора АД в длительном режиме

 

, (3.65)

 

где - фазное напряжение обмотки статора, отнесенное к единице частоты. Для .

Кажущаяся мощность на зажимах АД в длительном режиме ( )

 

, (3.66)

 

где коэффициент мощности АД. Ток фазы статора АД в длительном режиме

. (3.67)

Напряжение и ток генератора на выходе звена постоянного тока в длительном режиме

 

, (3.68)

 

. (3.69)

Величину (зона ограничения тока генератора) выбирают на основании результатов расчета пускового режима АД. Расчет режима пуска АД состоит в определении пусковых значений момента , частоты , магнитного потока , и силы тока статора АД. Предельное значение пускового момента АД ограничено предельным значением силы тяги по сцеплению, допустимым ускорением при пуске и разгоне поезда и допустимым значением тока нагрузки элементов электропередачи. При предварительных расчетах величину определяют из условия ограничения по сцеплению. В зависимости от рода службы тепловоза принимают отношение , для грузовых тепловозов равным 1, 3—2, 0; для пассажирских 2, 5—3, 5.

Величины и выбирают по условиям оптимального режима пуска, который характеризуется тем, что при заданном значении частота должна быть выбрана такой, при которой сила тока при пуске минимальна. Это позволяет улучшить условия работы оборудования.

Момент , зависит от силы тока и магнитного потока . Уменьшение при том же значении может быть достигнуто в результате увеличения . Увеличение величины , выше номинальной достигается соответствующим ростом напряжения. Каждому значению пускового момента соответствуют определенные значения магнитного потока и пусковой частоты, при которой сила тока статора минимальна. На рисунке 70 приведены зависимости оптимальных значений магнитного потока, частоты и силы тока статора от крутящего момента в режиме пуска для тепловозных АД. По кривым для принятого отношения находят оптимальные значения , и . В соответствии с равенством (3.60) .

 

 

Реальная внешняя характеристика генератора по звену постоянного тока может быть получена при пересчете универсальной характеристики (см. рисунок 66) по известным значениям и . Тяговую характеристику тепловоза с электропередачей переменного тока строят на основании универсальной механической характеристики АД (рисунок 71) по формулам (3.54) и (3.55) и известным значениям и .

Пример. Определить основные параметры электропередачи переменного тока и рассчитать характеристики тяговых электрических машин.
Исходные данные: 3700 кВт; = 34 км/ч; 140км/ч; = 1, 2 м; п = 6;

= 0, 93. Принимаем пусковой момент Ад = 1, 6; коэффициент перегрузки Ад при =1, 2; максимальную угловую скорость = 252 рад/с; коэффициент мощности и КПд Ад в длительном режиме ; ; КПд инвертора в длительном режиме ; КПд генератора с учетом звена постоянного тока . По кривым (см. рисунок 70) определяем параметры режима пуска Ад ; ; = 1, 0 Гц. Активная мощность генератора на выходе звена постоянного тока в длительном режиме по формуле (3.38)

 

кВт.

 

Активная в кажущаяся мощность Ад в длительном режиме по формулам (3.41) и (3.66)

 

кВт.

 

Угловая скорость и момент вращения Ад в длительном режиме по формулам (3.52) и (3.53)

 

рад/с;

.

 

Частота тока Ад в длительном режиме по формуле (3.62)

 

Гц.

 

Максимальная частота тока по формуле (3.63)

Гц.

 

Максимальное значение коэффициента регулирования частоты по формуле (3.64)

 

.

 

По кривым (см. рисунок 69) для =4, 1 и =1, 2 находим =1, 53.

Действующее фазное напряжение обмотки статора АД в длительном режиме по формуле (3.65)

 

В.

 

Напряжение генератора на выходе звена постоянного тока в длительном режим
по формуле (3.68)

 

В.

 

Ток генератора на выходе звена постоянного тока в длительном режиме по формуле (3.69)

 

А.

 

Сила тока фазы АД в длительном режиме по формуле (3.67)

 

А,

 

в режиме пуска

 

А.

 

Передаточное число по формуле (3.42)

.

 

Действительную внешнюю характеристику генератора на выходе из звена постоянного тока получаем при пересчете универсальной характеристики (см. рисунок 66) по формуле

 

; .

 

Действительную механическую характеристику АД получаем путем пересчета его универсальной характеристики по формулам:

 

; .

 

В результате расчета находим следующие величины для построения внешней характеристики генератора (Таблица 21) и величины для построения тяговой характеристики тепловоза (Таблица 22).

 

Таблица 21.

 

Результаты расчета внешней характеристики генератора

 

	0, 6	0, 66	0, 8	1, 0	1, 2	1, 245
	1, 53	1, 53	1, 25	1, 0	0, 825	0, 79
, А
, В

 

 

Таблица 22.

Результаты расчета тяговой характеристики тепловоза переменного тока

 

	0, 55	0, 75	1, 0	1, 5	2, 0	3, 0	4, 0	5, 0
	1, 6	1, 34	1, 0	0, 61	0, 56	0, 36	0, 26	0, 2
, рад/с	33, 5	45, 8	61, 0	91, 5
,
, км/ч	18, 6	25, 5	34, 0	51, 0	68, 0
, кН	526, 0	442, 0	330, 0	201, 0	185, 0	119, 0	86, 0	66, 0

 

 

Скорость движения тепловоза рассчитывается по формуле (3.54), а силу тяги – по формуле (3.55) при КПД зубчатой передачи .

 

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: