Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Расчет нагревания тяговых электрических машин при движении поезда по участку




Работа электрических машин неизбежно сопровождается их нагреванием. Нагревание зависит от величины нагрузки (тока), времени работы под нагрузкой и интенсивности охлаждения. В особо неблагоприятных условиях с точки зрения нагревания работают на локомотивах тяговые электродвигатели и генераторы. От величины и продолжительности нагрева зависит срок службы изоляции. Рассчитывая и оценивая нагревание электрических машин, обычно пользуются не температурой машины или ее частей t,°C, а величиной превышения этой температуры над температурой окружающей средыt, °C. Предельно допустимое значение t, °C, обмоток электрической машины, которые обычно лимитируют нагревание, устанавливается в зависимости от класса изоляции. В таблице 15 приведены наибольшие значения t, °C, при максимальной температуре наружного воздуха tнв max, не превышающей 40 °C.

Таблица 15Предельно допустимые значения температуры перегрева обмоток тяговых электрических машин

Обмотки Класс изоляции
B F H
Якоря
Полюсов

Класс изоляции B принимают для якорей тепловозов ВМЭ1, ЧМЭ2, ЧМЭ3, ТЭМ2, ТЭ1, ТЭМ1, ТЭ2, ТЭ3, М62, 2М62, ТЭ7, ТЭ10, ТЭП10, 2ТЭ10Л, ТЭП60, 2ТЭП60 и электровозов ВЛ22м, ВЛ23, ВЛ8, ВЛ80к, ВЛ80т, ВЛ80с, ВЛ80р, ВЛ60к, ВЛ60пк, ВЛ60р, ЧС2, ЧС2т, ЧС3, а также для полюсов электровозов ВЛ10, ВЛ11, ВЛ10у.

Класс изоляции F принимают для якорей тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10М,У 3ТЭ10М, 2ТЭ116 и полюсов электровозов ВЛ82, ВЛ82м.

Класс изоляции H принимают для якорей тепловозов ТЭП70 и электровозов ЧС4, ЧСт.

Приведенные выше данные по классу изоляции для тяговых электрических машин локомотивов собраны в ПТР [1].

Если tнв max > 40 °C, то предельно допустимое превышение температуры обмоток из таблицы 15 уменьшают на величину (tнв max – 40) °C.

Максимальную температуру наружного воздуха принимают по данным метеорологических станций как среднюю за период не менее 5 лет отдельно для летнего периода (по замерам в июне, июле и августе, но не ниже +15 °C) и для зимнего периода (по замерам в декабре, январе и феврале, но не ниже 0 °C).

Расчет нагревания электрической машины задача достаточно сложная. Ее решение в значительной степени зависит от особенностей конструкции и характеристик конкретной машины. Поэтому на практике обычно рассчитывают нагревание не всей машины, а проверяют наиболее опасные по нагреву части – обмотки. При этом делается допущение, что нагревание обмоток соответствует закону нагревания однородного тела, т.е. температура обмотки изменяется, как это показано на рисунке 22.

Уравнение нагревания однородного тела имеет вид

(44)

где t– установившаяся температура перегрева, которая достигается при достаточно долгом действии данной нагрузки, °С;

e – основание натуральных логариф­мов ( );

D t – рассматриваемый промежуток времени, мин;

T – тепловая постоянная времени, представляющая время, за которое обмотка нагрелась бы до температуры перегрева t при отсутствии теплоотдачи, мин;

tо – начальный перегрев, т.е. температура перегрева в начале рассматриваемого промежутка времени, °С.

Величины t¥ и Т называют тепловыми характеристиками электрической маши­ны. Их устанавливают в результате экспериментальных исследований на стенде и приводят в виде графической зависимости от тока (рисунок 23) в ПТР.

При отключении электрических машин (движение на выбеге, механическое торможение, стоянка) ток равен нулю, а следовательно, происходит охлаждение электрической машины. Температура обмоток стремится к температуре окружающей среды, т. е. t = 0. Подставляя это значение в формулу (44), получаем выражение для процесса охлаждения электрической машины:

. (45)

 

Используя разложение функции в ряд Маклорена, можно для первых двух членов ряда записать:

. (46)

Подставляя (46) в (44) и (45), получаем для нагревания

(47)

и для охлаждения при t = 0

. (48)

Выражения (47) и (48) обеспечивают достаточную для практики точность вычислений при условии, что выбираемые интервалы изменения времени удовлетворяют условию

. (49)

В расчетах нагревания тяговых электрических машин начальное значение перегрева t0принимают +15 °C при отправлении поезда после стоянки, продолжавшейся более 2 часов. При продолжительности стоянки до двух часов начальный перегрев принимают по значению перегрева в момент прибытия на станцию с учетом понижения температуры за время стоянки.

Проверку нагревания тяговых электродвигателей электровозов выполняют отдельно для летних и зимних условий движения.

Проверку нагревания тяговых электрических машин тепловозов рекомендуется выполнять только в тех случаях, когда вводят ограничение скорости ниже расчетной при движении на труднейших подъемах. Расчет нагревания тяговых электрических машин выполняют и для проверки возможности ведения поезда массой больше расчетной.

Для расчета нагревания тяговых электрических машин предварительно необходимо построить кривую тока I(s). Для тепловозов это кривая тока тягового генератора Iг (s). Для электровозов переменного тока строят кривую тока тягового двигателя Iд (s), а для электровозов постоянного тока – кривую потребляемого электровозом тока Iэ (s).

Исходными данными для построения кривой тока тягового генератора тепловоза Iг (s) являются кривая скорости v(s) и токовая характеристика генератора Iг (v), приведенная в паспортных данных тепловоза. На рисунке 24 изображены токовые характеристики генератора тепловоза 2ТЭ10М для различных позиций контроллера машиниста.

Кривую тока строят в произвольном масштабе следующим образом. Для точек, расположенных на границах отрезков, из которых составлена построенная ранее кривая скорости, по токовой характеристике генератора определяют значение тока Iг. Эти значения в принятом масштабе наносят в функции пути на том же листе, где построены кривые скорости и времени. Полученные точки соединяют отрезками прямых, получая графическую зависимость Iг (s). При построении кривой тока следует руководствоваться разметкой режимов на кривой скорости. Так при переходе на холостой ход ток генератора Iг = 0. Изменения тока при изменении режима (позиции контроллера машиниста или ступени ослабления возбуждения тяговых двигателей) условно принимают мгновенными.

 
 

Аналогично строят и соответствующие кривые тока для электровозов.

Рассмотрим пример расчета нагревания тягового электродвигателя тепловоза 2ТЭ10М, который сведем в таблицу 16. Пусть средние значения тока на интервалах, соответствующих отрезкам, из которых составлена кривая тока, и значения времени хода поезда в пределах этих интервалов приведены в первых двух столбцах. Заполняя таблицу, следует иметь в виду, что если в пределах рассматриваемого интервала происходит включение или выключение реле переходов, либо изменение позиции контроллера машиниста, то в этой точке интервал разбивают на два.

В третьем столбце записывают среднее значение тока двигателя , поскольку у тепловоза 2ТЭ10М тяговые двигатели включены в шесть параллельных ветвей. Далее в столбцы 4 и 5 записывают значения тепловых характеристик, выбирая их на рисунке 23 по средним значениям тока двигателя. Если при заполнении столбца 6 выясняется, что на каком-то интервале нарушено условие (49), то этот интервал разбивают на меньшие интервалы так, чтобы выполнить условие.

Таблица 16Расчет нагревания тягового электродвигателя тепловоза 2ТЭ10М

Iг ср, А Dt, мин Iд ср, А T, мин t, °С Dt / T t (Dt / T), °С t0, °С t0(1- Dt / T), °С t, °С
0,6 40,2 191,2 0,0149 2,85 15,00 14,78 17,63
1,6 33,4 113,1 0,0479 5,42 17,63 16,78 22,20
0,7 29,4 73,9 0,0238 1,76 22,20 21,67 23,43
0,3 28,9 68,5 0,0104 0,71 23,43 23,19 23,90
2,2 79,2 0,0733 5,81 23,90 22,15 27,96
2,4 29,3 72,1 0,0819 5,90 27,96 25,67 31,57
0,5 24,3 0,0206 31,57 30,92 30,92
0,7 29,8 77,4 0,0235 1,82 30,92 30,19 32,01
0,6 28,5 0,0211 1,37 32,01 31,34 32,71
0,8 29,3 72,1 0,0273 1,97 32,71 31,81 33,78
2,4 24,3 0,0988 33,78 30,45 30,45
2,4 24,3 0,0988 30,45 27,44 27,44
0,8 24,3 0,0329 27,44 26,53 26,53
1,2 28,7 66,8 0,0418 2,79 26,53 25,43 28,22
0,4 28,9 68,5 0,0138 0,95 28,22 27,83 28,78
0,4 28,7 66,8 0,0139 0,93 28,78 28,38 29,31
24,3 0,0412 29,31 28,10 28,10
0,1 30,2 0,0033 0,27 28,10 28,01 28,28
1,6 28,7 66,8 0,0557 3,72 28,28 26,70 30,42
1,7 24,3 0,0700 30,42 28,29 28,29
0,2 24,3 0,0082 28,29 28,06 28,06
0,4 28,5 0,0140 0,91 28,06 27,67 28,58
29,3 72,1 0,0341 2,46 28,58 27,60 30,06
88,6 0,0323 2,86 30,06 29,09 31,95
0,9 32,3 101,2 0,0279 2,82 31,95 31,06 33,88
2,5 31,5 93,6 0,0794 7,43 33,88 31,19 38,62
1,6 33,8 116,5 0,0473 5,51 38,62 36,79 42,30
2,7 33,8 116,5 0,0799 9,31 42,30 38,92 48,23


Окончание таблицы 16

Iг ср, А Dt, мин Iд ср, А T, мин t, °С Dt / T t (Dt / T), °С t0, °С t0(1- Dt / T), °С t, °С
33,1 109,6 0,0906 9,93 48,23 43,86 53,79
33,1 109,6 0,0906 9,93 53,79 48,92 58,85
1,3 33,8 116,5 0,0385 4,49 58,85 56,58 61,07
1,7 31,5 93,6 0,0540 5,05 61,07 57,78 62,83
0,3 29,1 70,3 0,0103 0,72 62,83 62,18 62,90
0,6 30,7 0,0195 1,68 62,90 61,67 63,35
0,9 24,3 0,0370 63,35 61,01 61,01

Порядок заполнения столбцов 7 и 9 очевиден. Столбец 10 заполняется в соответствии с выражениями (47) или (48). А в 9-м столбце значения начального перегрева t0 для каждого интервала кроме первого получают из предыдущей строки 10-го столбца.

Наибольшее значение температуры перегрева, полученное при расчете (в рассмотренном примере tmax = 63,35 °C), следует привести к расчетной температуре наружного воздуха

, (50)

где Kсз – коэффициент, учитывающий снижение расхода воздуха на охлаждение при постановке фильтров. Принимается для зимних условий Kсз = 1,1, а для летних условий Kсз = = 1,0;

Kнв – коэффициент приведения превышения температуры обмоток тяговых электрических машин к расчетной температуре окружающего воздуха, значения которого принимают по таблице 17 в зависимости от температуры окружающего воздуха tнв.

Таблица 17Коэффициенты приведения к расчетной температуре

 

Обмотки Kнв для tнв, °С
Полюсов 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04
Якоря 0,94 0,95 0,96 0,98 0,99 1,00 1,01 1,02

Пусть в нашем случае tнв = 15 °С. Тогда Kсз =1, Kнв = 0,98 и расчетное превышение температуры

.

Эта температура ниже 140 °С – допустимой при классе изоляции F (см. таблицу 15).

В тех случаях, когда тепловоз работает на промежуточных позициях контроллера машиниста, превышение температуры t следует умножать на коэффициент Kп , принимаемый по таблице 18.

Таблица 18Коэффициенты пересчета для промежуточных позиций контроллера машиниста

Позиция контроллера машиниста 13 – 12
Kп 1,05 1,08 1,15 1,2

Поделиться:

Дата добавления: 2015-04-04; просмотров: 683; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.005 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты