Курсовая работа (т): Електричні передачі локомотивів

Електричні передачі локомотивів

Зміст

Вступ

1. Вихідні дані

. Визначення основних параметрів передачі

3. Зовнішня вольт-амперна характеристика тягового генератора

4. Електричні параметри тягового двигуна

. Визначення передаточного числа тягового редуктора

. Розробка силової схеми тепловоза та схеми регулювання потужності тягового генератора

. Розрахунок приведеного об’єму тягового електродвигуна

. Розрахунок обмотки якоря і розмірів паза

9. Вибір числа і розмірів щіток і визначення робочої довжини колектора

10. Розрахунок магнітного кола двигуна

11. Визначення коефіцієнта корисної дії (к.к.д.) тягового двигуна

12. Розрахунок та побудова характеристик тягового двигуна

. Гальмівні характеристики електричної передачі потужності тепловоза

Список використаних джерел

генератор тепловоз електродвигун потужність

Вступ

В загальному випадку передача потужності повинна допускати реалізацію сили тяги, швидкості та дотичної потужності в притул до максимально можливих.

Із всіх видів передач потужності в локомотивах найбільше використання отримали електричні передачі. В свою чергу вони бувають на постійному, на змінно-постійному та змінно-постійно-змінному струмі.

В передачі постійного струму механічна енергія дизеля в тяговому генераторі перетворюється в електричну енергію постійного струму і передається на тягові двигуни постійного струму, де вона перетворюється в механічну роботу по переміщенню поїзда. В якості тягових двигунів застосовуються колекторні електродвигуни з серієсним (послідовним) збудженням. Останнє зумовлене тим, що тільки такий тип електродвигунів має м’яку або транспортну характеристику - сильну залежність обертового моменту від частоти обертання якоря, а тим самим і сили тяги від швидкості руху поїзда

В останні роки як в нашій країні, так і за кордоном велику увагу приділяють побудові передач на змінно-постійно-змінному струмі. В цих передачах тяговий генератор синхронний, а тягові двигуни - асинхронні. Для регулювання сили тяги і швидкості руху між тяговим генератором і двигунами знаходяться випрямляч та інвертор на напівпровідниках - тиристорах.

1. Вихідні дані

1. Осьова формула - два моторних вагони з двома рушійними осями кожний;

. Ефективна потужність дизелів, Ne=600 к.с.(447,4 кВт);

. Зчіпна маса, Pзч=2 × 44т;

. Кількість тягових електродвигунів, С=2×2.

. Діаметр рушійних коліс, Д_к=1050 мм;

6. Конструкційна швидкість тепловоза V_к=170 км/год

2 Визначення основних параметрів передачі

Електрична потужність тягового генератора (ТГ) дорівнює величині ефективної потужності дизеля за виключенням потужності на привід допоміжних агрегатів локомотива з урахуванням коефіцієнта корисної дії (к.к.д.) тягового генератора

, кВт.       (2.1)

 кВт

де ΔN_да - витрати потужності на привід допоміжних агрегатів тепловоза.

η_г - к.к.д. тягового генератора.

Зазвичай

.  (2.2)

кВт

Електрична потужність тягового генератора рівномірно розподіляється між тяговими електродвигунами, тобто

,    (2.3)

де c - кількість тягових двигунів на тепловозі.

 кВт

Як правило всі колісні пари локомотива обмоторені. Тому їх кількість

визначається за колісною формулою локомотива.

Дотична потужність тепловоза визначається з виразу

, кВт,         (2.4)

де η_д - к.к.д. тягового двигуна. Звичайно к.к.д. тягових двигунів постійного струму складає 0,910,92;

η_зп - к.к.д. зубчатої передачі, η_зп=0,970,98.

, кВт

Розрахункова (тривала) сила тяги тепловоза (сила тяги на розрахунковому підйомі) визначається з умови реалізації коефіцієнта тяги на розрахунковому підйомі.

, кН,         (2.5)

де Р_зч - зчіпна маса локомотива, т;

ψ_кр - коефіцієнт тяги:

ψ_кр=0,190,24 - для вантажних локомотивів;

ψ_кр=0,140,16 - для маневрових локомотивів;

ψ_кр=0,140,15 - для пасажирських локомотивів.

, кН,

Швидкість на розрахунковому підйомі

, м/с.    (2.6)

, м/с

, км/ч

Для тепловозів різного роду служби значення швидкості на розрахунковому підйомі знаходяться приблизно в приведених межах:

маневрові тепловози - v_p=1012 км/год;

вантажні тепловози - v_p=2532 км/год;

пасажирські тепловози - v_p=5060 км/год.

Більш високі значення швидкостей встановлюють для локомотивів більшої потужності.

3. Зовнішня вольт-амперна характеристика тягового генератора

Вольт-амперна характеристика визначає залежність між напругою і струмом генератора. Оскільки потужність дизеля на певній позиції контролера машиніста незмінна, то в першому наближенні можна прийняти, що і потужність генератора повинна бути постійною:

.       (3.1)

Тобто вольт-амперна характеристика генератора повинна мати гіперболічний вид, її також називають автоматичною (рисунок 3.1).

Максимальна напруга тягових генераторів знаходиться в інтервалі 550800 В, тоді з формули (3.1) мінімальне значення струму, що відповідає максимальній напрузі, буде

, А.        (3.2)

, А.

Номінальна напруга генератора пов’язана з максимальною коефіцієнтом регулювання генератора за напругою

         (3.3)

Коефіцієнт к_г знаходиться в межах 1,41,6, тоді

-1 - обмеження максимальної напруги;

-2-3 - робоча частина характеристики;

-4 - обмеження максимального струму

Рисунок 3.1 - Зовнішня вольт-амперна характеристика генератора

, В,      (3.4)

, В

а струм генератора

, А.        (3.5)

, А

Максимальний струм генератора з номінальним пов’язаний коефіцієнтом регулювання генератора за струмом

,        (3.6)

який знаходиться в межах 1,82,2, тоді

, А,     (3.7)

, А

, В.       (3.8)

, В.

Визначивши координати цих трьох характерних точок (мінімального, номінального та максимального струму), будується вольт-амперна характеристика генератора.

Ступінь регулювання електропередачі по швидкості тепловоза характеризується коефіцієнтом регулювання, котрий є відношенням максимальної швидкості тепловоза до швидкості тепловоза тривалого режиму (розрахункової), тобто

.   (3.9)

Для реалізації коефіцієнта регулювання передачі по швидкості С_v>2,1 регулювання тягового генератора по напрузі в діапазоні, що визначається коефіцієнтом регулювання к_г<1,6, недостатньо.

Для забезпечення роботи електропередачі при постійності потужності в необхідному діапазоні швидкості руху тепловоза при збереженні діапазону регулювання тягового генератора по напрузі застосовують два методи: ослаблення збудження тягових електродвигунів (ослаблення поля) та перемикання в схемі під’єднання тягових електродвигунів до тягового генератора.

В курсовому проекті застосовую перший спосіб (ослаблення збудження), який є найбільш поширеним і простим методом розширення діапазону регулювання електропередачі по швидкості тепловоза.

З урахуванням перевірки послаблення поля обираємо максимальну швидкість 100 км/ч

Для перевірки можливості забезпечення діапазону регулювання електропередачі по швидкості шляхом ослаблення збудження тягових електродвигунів визначаю мінімальне значення коефіцієнта ослаблення збудження тягових електродвигунів α_min, що є відношенням струму збудження (струму головних полюсів) до струму якоря.

Величина цього коефіцієнта визначається за формулою

,     (3.10)

і не повинна бути меншою 0,25 за умовою забезпечення задовільної комутації тягових електродвигунів при високих швидкостях руху.

Якщо α_min<0,5, то застосовують два ступені ослаблення збудження, тобто вводять проміжний ступінь ослаблення збудження, коефіцієнт якого визначають за формулою

.     (3.11)

В кінцевому результаті слід прийняти варіант, в якому забезпечується α_min=0,250,40 при мінімальному коефіцієнті регулювання тягового генератора по напрузі в діапазоні к_г=1,41,6. Зменшення діапазону регулювання тягового генератора по напрузі дозволяє зменшити габарити та масу генератора.

4. Електричні параметри тягового двигуна

Електричні параметри тягового електродвигуна залежать від схеми їх з’єднання. Для тепловозів малої потужності (менше 1000 кВт) використовується послідовно-паралельна схема з’єднання. Для шестивісних тепловозів - це послідовне з’єднання трьох двигунів у дві паралельні гілки (рисунок 4.1).

U_д=U_г/3; І_д=І_г/2

Рисунок 4.1 - Послідовно-паралельна схема з’єднання тягових двигунів

Для свого варіанту обираємо паралельно-послідовне з’єднання тягових двигунів, до складу якого входять паралельні гілки з двома двигунами.

. Визначення передаточного числа тягового редуктора

В курсовому проекті приймаю опорно-осьове підвішування тягових електродвигунів. При одній і тій же потужності двигуна можна отримати на його валу різні значення обертового моменту в залежності від обраної частоти обертання якоря. Однак при надмірному збільшенні обертового моменту двигун буде тихохідний, внаслідок чого його габарити ростуть.

При опорно-осьовому підвішуванні двигуна його розміри обмежуються відстанню між внутрішніми гранями бандажів коліс колісних пар та найменшою допустимою відстанню від корпуса двигуна до головки рейки, а (рисунок 5.1). Для можливості збільшення цієї відстані (і відповідно збільшити можливі габарити двигуна), вісь двигуна розміщують вище вісі колісної пари. Для тепловозних двигунів розмір х (рисунок 5.1) обирають в межах 2040 мм.

Частота обертання тягового електродвигуна в тривалому режимі роботи n_н, об/хв і відповідна розрахункова швидкість тепловоза v_p пов’язані співвідношенням

,        (5.1)

де і - передаточне число тягового редуктора;

D_к - діаметр коліс колісної пари по колу кочення, мм.

Передаточне число тягового редуктора

,        (5.2)

де D_з, d_з - відповідно діаметри ділильних кіл зубчатого колеса та шестерні;_з, z_з - відповідно їх числа зубців.

Рисунок 5.1 - Схема опорно-вісьового підвішування тягових електродвигунів

Передаточне число бажано вибирати якомога більшим, так як при цьому буде найбільша частота обертання n_н і при заданій потужності двигуна Р_д найменший момент М_н, а відповідно, найменші розміри і маса двигуна.

Відповідно із позначеннями (рисунок 5.2)

.     (5.3)

мм

Необхідно, щоб . Величина .

Величину d_з можна отримати, оцінивши попередньо передаточне число тягового редуктора:

і=4,24,9 для вантажних тепловозів при D_к=1050 мм;

і=4,75,3 для вантажних тепловозів при D_к=1250 мм;

і=2,33,5 для пасажирських тепловозів;

і=4,54,9 для маневрових тепловозів.