Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.. 29




КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема проекта:Расчет режимов работы тягового привода грузового поезда с электрической передачей переменного тока с 55
вагонами, массой 2800 т при движении по участку пути с заданным
профилем
______________________________________________________

 

Студент: Лобунько М.В. Группа ТМ – 57

Руководитель:

Проф. Омельяненко В.И.

Харьков 2010


НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ХПИ"

Факультет ТМ Кафедра Электрический транспорт и тепловозостроение

Специальность 6,070105-1 "Подвижной состав и специальная техника
железнодорожного транспорта"
______________________

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой
______ проф. В. И. Омельяненко

(подпись, инициалы и фамилия)

"_______________ " 2010 г.

ЗАДАНИЕ

На выполнение курсового проекта

студенту Лобунько Максиму ВалерьевичуТМ-57гр.

1 Тема проекта:Расчет режимов работы тягового привода дизельного поезда
с электрической передачей переменного тока с 55 вагонами,
массой 2800 т при движении по участку пути с заданным профилем

2 Содержание задания:Произвести спрямление профиля пути. Решить тяговую задачу________________________________________________________

3 Исходные данные для выполнения проекта :Тип грузового локомотива. Количество вагонов. Масса состава. Скорость движения. Профиль участка пути.

Составить отчет и выполнить необходимые документы (конструкторские, технологические, программные, плакаты) в соответствии с планом курсового проекта.

 

 

УДК 629.423.1:621.332.6:621.311.4

 

Реферат

Проект, стр. 40,ил .10, табл. 6, библиогр. 10 назв.

 

Рассматривается неэлектрифицированный участок железной дороги. Заданы профиль пути, параметры состава и тепловоза. Путем решения тяговой задачи определены кривые движения и энергетические показатели работы тепловоза.

ключевые слова:состав, грузовой тепловоз, тяговая задача, тяговый привод, зубчатая передача, рама тележки


СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................... 5

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ........................... 7

2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ............................................................................ 10

 

2.1 Определение кривых движения поезда....................................................... 10

2.2 Решение уравнения движения............................................................ ........ 15

2.3 Расчет электромеханических параметров АТД........................................... 18

2.4 Определение тока и энергии, потребляемой ЭПС....................................... 22

2.5 Описание и расчет режимов работы АТД................................................... 23

 

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.. 29

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА................................................................... 34

 

4.1 Спрямление профиля пути.................................................................... 34

4.2 Решение тяговой задачи.............................................................................. 35

4.3 Результаты решения тяговой задачи и их анализ......................................... 35

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................. 37

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ.................................................... 38


ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт, обеспечивая массовые сухопутные перевозки народно-хозяйственных грузов и пассажиров, на сегодняшний день является одним из важнейших видов транспорта. Поездами на тепловозной тяге осуществляется более четверти общего объема грузовых и пассажирских перевозок, которые приходятся на железнодорожный транспорт Украины.

Тепловоз преобразует тепловую энергию сгорающего топлива в механическую и тем самым обеспечивает перемещение состава вдоль пути. Дизель тепловоза приводит в движение генератор, обеспечивающий тепловоз электроэнергией, затрачиваемой на тягу и вспомогательные нужды.

Требуемые характеристики тепловоза во многом зависят от типа тягового привода и устройства ходовой части, определяющих тягово-энергетические и динамические показатели тепловоза.

Тяговый привод локомотива представляет собой комплекс устройств, включающий:

- систему питания и управления, которая обеспечивает регулирование потока мощности и трансформацию параметров электрической энергии, получаемой от первичного источника, в вид, требуемый для тягового электродвигателя;

- тяговый двигатель, осуществляющий преобразование электрической энергии в механическую;

- тяговую передачу, предназначенную для канализации потока мощности от вала тягового двигателя к рабочему органу - колесо-рельс.

Ходовой частью локомотива являются тележки, предназначенные для

установки элементов тягового привода и воспринимающие нагрузки от веса кузова локомотива, а также от тяговых и тормозных усилий передающихся от колесных пар, через раму тележки к кузову локомотива.

 

Кроме очевидного требования высокой надежности, предъявляемого к тяговому приводу, механическая часть тягового привода - тяговая передача, должна обеспечивать качество передачи от тягового двигателя к колесной паре. Ходовая часть в свою очередь должна иметь низкую массу, обеспечивая при этом требуемые показатели прочности.

При движении тепловоза с поездом по определенному участку пути потребляемое им количество топлива изменяется в довольно широком диапазоне. Это сказывается на эффективности использования данного типа тепловоза на данном участке с составами установленной весовой нормы.

Умение посредством математического моделирования прогнозировать поведение поезда на тепловозной тяге в различных ситуациях является важнейшим квалификационным признаком инженера-механика по специальности подвижной состав и специальная техника железнодорожного транспорта. Поэтому перед данной работой поставлена следующая цель.

Для участка железной дороги с определенным профилем пути решить тяговую задачу для движения поезда с заданными параметрами состава и типом локомотива.

Курсовая работа построена следующим образом:

В первой части приводятся исходные данные и формулируются задачи проектирования.

Во второй части приведены теоретические обоснования данной курсовой работы.

В третьей части описан программно-алгоритмический комплекс (ПАК), которые обеспечивают решение тяговой задачи.

Решению тяговой задачи, в итоге которой получены токовые и энергетические характеристики подвижного состава посвящен четвертый раздел.


1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для участка железной дороги со следующими параметрами профиля пути:

- длина участка lk, м;

- уклон ik,, ;

- радиус кривой Rk,, м;

- длина кривой Skpk ,м;

Таблица 1.1— Параметры профиля пути

Величина Участки
   
lk
ik, 8,4 8,2 -8 -10,2 -6
RK                      
Skpk                      

 

при движении

грузового локомотива с параметрами :

- масса тn, т - 184;

- длинаln,, м - 38;

- передаточное отношение тягового редуктора - 5,8;

- количество тяговых двигателей kdv - 12;

- марка (обозначение) дизеля (10ЧН26/27) - 1Д80Б;

- номинальная мощность дизеля Рд, кВт - 2080;

- номинальные обороты дизеля п, об/мин - 850;

 

- характеристика расхода топлива

параметрами асинхронного тягового двигателя:

- номинальное линейное напряжение питания, , B - 1868;

- номинальный фазный ток А - 217,6;

- мощность продолжительного режима Pnd, кВт - 500;

- число пар полюсов р - 3;

- номинальная частота питающего

напряжения, Гц - 50;

- к.п.д. двигателя - 0,9;

- коэффициент мощности, кВт - 0,987;

- число витков фазы двигателя Wv/ - 96;

- расчетная длина статора lsras, мм - 230;

- диаметр расточки статора Dcp, м - 510;

- число пазов статора ns - 72;

 

- ширина коронки зубца статора bzub, мм - 10,4;

- активное сопротивление фазы статора Rs, Ом - 0,0677;

- активное приведенное сопротивление

фазы ротора Rrp, Ом - 0,0645;

- индуктивное сопротивление фазы статора xs, Ом - 0,534;

- приведенное индуктивное сопротивление

фазы ротора хгр, Ом- 0,4332;

- количество фаз тягового двигателя - 3;

- величина воздушного зазора двигателя, мм - 1,5;

- реактивное сопротивление контура

намагничивания ,Ом - 3,5;

- номинальное скольжения ротора - 0,0646;

- номинальная частота тока ротора , Гц - 0,549;

- номинальный момент двигателя ,Нм - 4835;

 

Параметрами состава и параметрами движения поезда:

- количество локомотивов - 2;

- общее количество вагонов - 55;

- 8-осных вагонов - 5;

- 6-осных вагонов - 25;

- 4-осных вагонов - 25;

- масса состава ,т - 2800;

- установленная скорость движения поезда ,км/ч - 65;

- допустимое ускорение движения ,м/ - 0,2;

решить тяговую задачу,определить кривые движения, а также энергетические показатели работы дизель-поезда:

 

скорость дизель-поезда v(t);

- пройденный путь s(t);

- ток тягового генератора i(t);

- мощность P(t);

- касательную силу тяги Fk(t)\

- расход топлива g(t);

 

 

2.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Одним из главных назначений решения тяговой задачи является:

- установление связей между величинами, характеризующими движение поездов - скоростью движения v, временем движения по участку или перегону t и пройденным путем s;

определение энергетических показателей работы состава - потребляемые

подвижным составом ток iэ и расход топлива на движение Q.

В процессе тяговых расчетов спрямляется профиль пути рассчитываемого участка, определяются и рассчитываются силы, действующие на поезд в режимах тяги, выбега и торможения. В итоге определяются кривые движения v(t) и кривые тока (t), потребляемого составом.

2.1 Определение кривых движения поезда

2.1.1 Уравнение движения и силы, действующие на поезд. Кривые движения поезда v(t) определяются из решения уравнения движения поезда, которое можно представить как

(2.1)

где ξ, - коэффициент, представляющий собой ускорение поезда, когда на каждую тонну его массы действует ускоряющая сила в 1 Н; для отечественного подвижного

'■у

состава среднее значение этого коэффициента составляет 12,24 км/ч ;

fд - удельная равнодействующая сила, приложенная к поезду, определяющаяся

как

(2..2)

где к - удельная касательная сила тяги тепловоза, Н/т;

fw - общее удельное сопротивление движению поезда, Н/т;

- удельная тормозная сила, Н/т

Удельная касательная сила тяги определяется по формуле

(2.3)

где FK - касательная сила тяги тепловоза, Н,

тся - масса состава и локомотива соответственно, т.

Расчет касательной силы тяги тепловоза приведен в разделе . При этом, при расчете касательной силы тяги необходимо следить, чтобы она не превысила предельную касательную силу тяги, определяемую следующей зависимостью:

FK=mn · 9,81·ψ ·1000; (2.4)

где FK - сила тяги, Н;

тл - масса локомотива, т; 9,81 - ускорение силы тяжести, м/с ; ц> -коэффициент сцепления колеса с рельсом, определяемый исходя из эмпирической формулы, которая для тепловоза имеет вид:

(2.5)

Удельная сила сопротивления движения определяется как:

fw=w0±i·g + wг, (2.6)

где w0основное удельное сопротивление движению поезда, Н/т; / - уклон пути, %о;

g = 9,81 - ускорение силы тяжести, м/с ;

w, - удельное сопротивление движению состава в кривой, Н/т. Удельная сила сопротивления складывается из: основного удельного сопротивления w0 и дополнительного ±i·g + wr. Основное обусловлено, главным образом, трением, имеющим место во всех элементах подвижного состава.

Дополнительное сопротивление складывается из двух составляющих. Первая ±i·g обусловлена горизонтальной составляющей силы тяжести элементов поезда,

 

возникающей на уклонах. Эта составляющая принимается положительной при движении поезда на подъеме и отрицательной - на спуске. Вторая составляющая

дополнительного сопротивления wT возникает от трения гребней колес о рельсы, имеющего место при прохождении электроподвижным составом кривых участков пути.

Основное удельное сопротивление движению поезда определяется по следующим формулам: при тяге


W


^о'-тл+^сж"-тс т„ + т,


(2,7)

 


Таблица 2.1 - Сопротивление движению поезда [2]

q0 - масса вагона, приходящаяся на ось


при движении на выбеге

(2.8)

где w'0 - основное удельное сопротивление движению локомотива при тяге, Н/т; wXg - основное удельное сопротивление движению локомотива на выбеге, Н/т;

w"() - основное удельное сопротивление вагонов, Н/т. Величины w'„; wXg; w"0 зависят от множества параметров, поэтому их значение определяется эмпирическими формулами приведенными в табл.2.1. Основное удельное сопротивление движению состава

(2.9)

где w"08,w"06,w"04 - основное удельное сопротивление 8-осных, 6-осных и 4-осных вагонов поезда соответственно.

Для нахождения величины удельного дополнительного сопротивления движению поезда, возникающего на уклонах ± i • g необходимо знать величину уклона /. Уклон представляет собой крутизну элементов продольного профиля пути. Эта крутизна измеряется в тысячных долях (%о) и получается как частное от деления разности высот конечных точек элемента профиля пути на его длину:

(2.10)

где #2 - я, - разности высот конечных точек элемента, м;

L — длина элемента, м. Уклон выражается в виде десятичной дроби (0,005) или целым числом в тысячных, отнесенным к 1 км пути (5 %о).

Реальный профиль пути состоит из большого числа элементов, разных по крутизне и длине уклонов. Для упрощения расчетов число этих элементов стремятся сократить. Это осуществляется решением задачи спрямления профиля пути. При спрямлении профиля пути несколько рядом лежащих, близких по крутизне элементов, заменяют одним, длина которого равна сумме длин отдельных элементов.


Уклон спрямленного элемента определяется из отношений разности высот н" -н крайних точек к его длине L, то есть:

(2.11)

где l = - сумма длин отдельных элементов, входящих в спрямляемый участок.

Если известны уклоны iк и длины iк отельных участков, то спрямление производится по формуле:

(2.12)

Проверка возможности спрямления производится исходя из условия:

(2 . 13)

где S - длина каждого элемента спрямленного участка, м;

- абсолютная разность между уклоном спрямляемого участка и уклоном данного элемента, %о.

Составляющая дополнительного удельного сопротивления от прохождения кривых участков пути wr определяется с помощью эмпирических формул. Если длина поезда меньше длины кривой, то

(2.14)

если же длина поезда больше, чем длина кривой, то

(2.15)

где RK - радиус кривой, м, SKpK - длина кривой, м,

- длина поезда, м.

Удельная тормозная сила, входящая в уравнение движения поезда, определяется по следующей формуле

(2.16)

где Vкон - скорость поезда в конце торможения, км/ч;

Vнач - скорость поезда в начале торможения, км/ч;

S - тормозной путь, м.

В зависимости от длины тормозного пути и цели торможения различают регулировочное и остановочное торможение.

Регулировочное торможение применяется для подтормаживания поезда с целью поддержания графика движения. При регулировочном торможении тормозной путь определяется длиной участка, по которому движется поезд, но не более 300 м. Так как в противном случае тормозная сила становится незначительной.

Остановочное торможение осуществляется при прибытии поезда на станцию. По нормативам движения устанавливают полный тормозной путь при остановочном торможении, табл.2.2.

Таблица 2.2 - Длина тормозного пути, м

 

 

Тип поезда Скорость, км/ч
До 100
Пассажирский
Грузовой _ _

2.2.2 Решение уравнения движения

Из выражений сил, приложенных к поезду, очевидно, что их равнодействующая

зависит от скорости.

Если в числе сил, определяющих движение системы, имеется хотя бы одна сила, зависящая от скорости, то рассчитать движение с помощью общих теорем классической механики нельзя потому, что такие силы проявляются в процессе движения и, влияя на кинематические характеристики движения, сами не линейно зависят от них. Расчет движения ставится в форме задачи Коши: найти численную зависимость v(t) за период времени от t0 до tn, если известна начальная скорость движения v0 в начальный момент времени tQ, и равнодействующая сила является некоторой заданной функцией времени и скорости/д =(p(/,v). Такие задачи можно

решить только методом интегрирования дифференциального уравнения движения. Из многих известных методов (Чаплыгина, Адамса, Рунге-Кутта, Милана и др.) в тяговых расчетах используется чаще всего метод Эйлера. Суть этого метода заключается в аппроксимации интегральной кривой v(/) последовательно сопряженными касательными.

Запишем уравнение движения (2.1) в виде задачи Коши [3]:

(2.17)

при начальных условиях v(t0)= v0.

Период времени [t0, t ] разделим на п равных частей и обозначим шаг вычислений (шаг интегрирования)

Считая правую часть уравнения (2.18) постоянной в пределах каждого интервала (шага интегрирования), производную в каждой точке кривой v{t) заменим отношением конечных разностей

(2.18)

Для каждого шага вычислений

при

при

 

при

Такая замена равносильна тому, что искомая функция на шаге [ti,t,+h] заменяется касательной, например, для интервала [ ] касательная аЪ'

 

образующая с осью времени угол , тангенс которого равен

Рис.2.2 Построение ломаной Эйлера

(рис.2.2) Для следующего шага (t2-t1)касательная проводится к кривой v(t), но не от точки Ъ, а от точки Ь\ т.о. имеем касательную b'с'. Ряд сопряженных касательных образует «ломаную Эйлера». Для вычисления фазовых координат поезда перепишем конечные разности на отрезках, разрешенные по скорости в концах интервалов

(2.19)

Таким образом, по заданным v0,t0,h и известному значению равнодействующей силы q>0(t0,v0) на первом шаге определяется значение v,. Затем по полученным на предыдущем шаге vx,tvh и ф,(/|,у,) определяем v2 и т.д. В итоге по выражениям (2.20) определяется скорость на всем интервале времени [ ].

При интегрировании по скорости уравнения

ds - vdt

найдем проходимый поездом путь

(2-20)

…………………..

Расчет времени производится по формуле

(2.21)

Расчет конкретных кривых движения осуществляется с помощью программы Potyag.

2.3 Расчет электромеханических параметров АТД.

2.3.1 Мощность подводимая к АТД

где U„, - номинальное линейное напряжение; [В]

Inf - номинальный ток фазы; [А]

cos n - коэффициент мощности АТД;

2.3.2 Мощность реализуемая АТД

P2= [кВт]

где - коэффициент полезного действия АТД;

2.3.3 Потери мощности

Р = Р12; [кВт]

2.3.4 Электрические потери в обмотке статора

; [кВт]

2.3.5 Потери в стали статора

Р = ; [кВт]

2.3.6 Электромагнитная мощность АТД

; [кВт]

2.3.7 Номинальные обороты ротора

[об/мин]

где f]n - номинальная частота тока статора; [Гц]

р - число пар полюсов;

2.3.8 Электромагнитный момент АТД

Мэ = [Нм]

2.3.9 Напряжение фазы АТД

; [В]

2.3.10 ЭДС асинхронного двигателя в номинальном режиме

E = 0,96·Unf ; [В]

2.3.11 Поток магнитной системы АТД

Ф = ; [Вб]

где w, - число витков фазы статора;

коб1 - обмоточный коэффициент фазы статора;

2.3.12 Индукция в магнитном зазоре

; [Тс]

где ; [м] - полюсное деление АТД;

lС - рабочая длина статора; [м] Dc - диаметр расточки статора; [м]

2.3.13 Индукция в зубце статора

[Тс]

где - ширина коронки зубца статора; [м] - число пазов статора;

kc - коэффициент заполнения стали статора;

2.3.14 По кривой намагничивания стали находим коэффициент насыщения стали ;

2.3.15 Магнитное напряжение магнитного зазора

; [A]

где - рабочий зазор АТД; [мм] k - коэффициент Картера;

2.3.16 МДС обмотки статора на пару полюсов

FH=2·F ·k ; [A]

2.3.17 Намагничивающий ток АТД

;[А]

где m число аз АТД;

2.3.18 Частота тока ротора

где 2 - активное сопротивление фазы ротора; [Ом]

z2 - число пазов ротора; k = 1,05 1,11 - коэффициент формы поля;

2.3.19 Угол между векторами тока и ЭДС ротора

;

где - приведенное активное сопротивление фазы ротора; [Ом] - приведенное индуктивное сопротивление фазы ротора; [Ом]

; ;

Согласно источникам, cos лежит в пределах 0,99 0,98.

2.3.20 Ток ротора, приведенный к току обмотки статора

; [А]

2.3.21 Ток фазы статора

; [А]
где ;[A] - активная составляющая тока статора;

; [А] - реактивная составляющая тока статора;

2.3.22 Коэффициент мощности для первой гармоники тока

cos ;

2.3.23 Частота вращения ротора

;[об/мин]

где /j - частота тока статора; [Гц]

2.3.24 Скорость движения тепловоза

; [км/ч]

 

где - диаметр колеса тепловоза; [м]

-передаточное отношение зубчатой передачи тягового редуктора;

2.3.25 Момент на валу АТД

М2= ; [Нм]

где ; [кВт] - основные электрические потери в обмотке ротора;

; [кВт] - механические потери АТД с независимой вентиляцией;

; [кВт] - добавочные потери в обмотках статора и ротора от высших гармоник тока;

2.3.26 Касательная сила тяги на ободе колеса тепловоза

; [кН]

2.3.27 Касательная сила тяги тепловоза

FK=Kdv-F; [кН]

где Kdv - количество тяговых электродвигателей тепловоза;

Расчет конкретных кривых движения осуществляется с помощью программы PotyagA.

2.4 Определение тока тягового генератора и расхода топлива дизелем

Тепловоза

Ток, потребляемый тепловозом

; [A]

где Idv - ток тягового электродвигателя; [А]

Кггр - кпд преобразователя частоты;

При движении в интервалах времени, соответствующих режимам выбега и торможения, значения токов 1е1, потребляемых электродвигателями приравнивается к нулю.

Расход топлива определяется для данного двигателя согласно аппроксимированному полиному

(-l,4498e-12s|:obkolA5+4,6782e-9*obkolA4-5,792e-6*obkolA3+0,0034975*obkolA2-1,1101 *obkol+322,85)/3600

где obkol-обороты коленчатого вала дизеля, [об/мин];

Обороты коленчатого вала рассчитываются исходя из текущей мощности дизеля тепловоза согласно аппроксимирующему полиному

3,6606e-19*PtepA7-2,9586e-15*PtepA6+9,7182e-12*PtepA5-l,6666e-8*PtepA4+l,5933e-5*PtepA3-0,0083656*PtepA2+2,4169*Ptep+157,01

где Ptep - текущая мощность дизеля тепловоза; [кВт]

Расчет тока и потребленного топлива для решения конкретной задачи осуществляется с помощью программы PotyagA.

2.5 Описание и расчет режимов работы АТД

Расчет характеристик, определяющих режимы работы асинхронного двигателя при частотном управлении, произведем, используя схему замещения.



 

где

а - относительная частота тока статора; отношение частоты тока статора к ее номинальному значению:

(3 - относительная частота тока ротора; отношение частоты тока ротора к номинальной частоте тока статора:

у - относительное напряжение на статоре; отношение текущего значения напряжения питания АД к его номинальному значению.

Пренебрегая влиянием насыщения магнитной цепи двигателя и падением напряжения в активных сопротивления статора, академиком Костенко М.П. была выведена зависимость:

или в относительных единицах:

где - относительный момент; отношение текущего значения момента двигателя к его номинальному значению.

Физический смысл приведенной зависимости сформулировал сам М.П.Костенко так: «Если сконструировать асинхронный двигатель для частоты /„ , момента ми и напряжения на зажимах ин и изменять затем при новом значении момента м напряжение U частоту /таким образом, чтобы удовлетворилось соотношение:

то двигатель будет работать при практически неизменных cos<?, коэффициенте перегружаемости и абсолютном скольжении, а его кпд будет зависеть только от изменения частоты / и практически не будет зависеть от момента на валу, если насыщение магнитной цепи двигателя не слишком велико».

Для приведения зависимости можно получить несколько ее частных реализаций. Рассмотрим две важные для тягового привода.

При постоянном моменте, что важно при разгоне поезда, т.е. для

м = мп;

получим

т.е. .

При постоянной мощности, т.е. для режима, характеризующего движение после

разгона

т.е. ;

Таким образом, в режиме пуска, т.е. в диапазоне изменений частоты тока статора от 0 до fn напряжение целесообразно изменять пропорционально частоте тока статора (или скорости движения тепловоза). При этом магнитный поток, вращающий момент и сила тяги двигателя сохраняются неизменными, а ЭДС двигателя растет пропорционально скорости движения.

По окончании пуска, т.е. при достижении частоты тока статора значения fn, желательно с точки зрения эксплуатации, иметь постоянную мощность тепловоза. В этом случае, для обеспечения условия Р = const, питающее напряжение следует увеличивать в 77 раз • Однако такой закон увеличения напряжения использовать нецелесообразно, так как двигатель должен быть изготовлен на более высокое напряжение, что ухудшает масса - габаритные показатели как самого двигателя, так и преобразователя частоты. Мощность преобразователя получится завышенной и не сможет быть реализована при максимальной скорости движения по условию ограничения силы тяги по сцеплению колес тепловоза с рельсами. Поэтому целесообразно при условии постоянства мощности тягового двигателя иметь неизменное значение питающего напряжения. Но при постоянстве мощности тягового двигателя, постоянстве питающего напряжения и постоянстве магнитного потока нельзя обеспечить изменение силы тяги обратно пропорциональное частоте

тока статора. Поэтому приходится отказаться от постоянства потока и регулировать его, изменяя ток двигателя так, чтобы выдержать условие постоянства мощности.

Если выбрать мощность преобразователя так, чтобы при условии постоянства напряжения питания, он обеспечивал реализацию заданной силы тяги, равной номинальной, при скорости определяемой предельной силой тяги по сцеплению колеса с рельсом, то можно реализовать силу тяги большую, чем ограниченную условием постоянства мощности двигателей. Такой режим обеспечивается стабилизацией тока двигателя посредством регулирования частоты тока ротора.

Таким образом, при управлении движением тепловоза возникают следующие режимы работы асинхронного тягового двигателя:

• режим разгона - управляющие параметры: частота тока статора и, изменяющиеся по определенному закону исходя из частоты, напряжения питания двигателя при номинальном фазном токе, моменте и частоте тока ротора двигателя;

• режим постоянной тяги - управляющие параметры: частота тока статора и частота тока ротора при заданном токе двигателя, а также при номинальном напряжении питания и постоянном моменте двигателя;

• режим постоянной мощности - управляющие параметры: частота тока статора при постоянном напряжении питания и постоянной частоте тока ротора.

Для установления количественных соотношений введем обозначения:

коэффициент рассеяния статора: коэффициент рассеяния ротора:

общий коэффициент рассеяния:

Кроме того, введем следующие обозначения

2.5.1 Управление с компенсацией падения напряжения в первичных активных

сопротивлениях.

Основной недостаток пропорционального частотного управления и = а-и„ состоит в уменьшении магнитного потока от АТД с понижением частоты питания из-за падения напряжения в первичных активных сопротивлениях статора и преобразователя частоты. Этот недостаток можно устранить, если регулировать напряжение так, чтобы падение напряжения в первичных сопротивлениях точно компенсировались. Для этого необходимо регулировать пропорционально частоте напряжение не на зажимах статора, а внутреннее напряжение эквивалентной схемы замещения (рис. ), т.е.

u' = u-i·rs; U' = a·U„'.

Тогда закон регулирования первичного напряжения на зажимах статора [ ]


 

 

2.5.2 Управление частотой и величиной питающего напряжения при

заторможенном роторе.

Ротор АТД тепловоза находится в заторможенном состоянии, пока суммарный момент электродвигателей не превысит момент сопротивления движению поезда. Наращивание частоты тока статора производится равномерно с приращением 0,2 Гц.

Режим характеризуется тем, что частота тока ротора равна частоте тока статора, т.е. а = р. Напряжение питания двигателя является функцией частоты тока ротора и вычисляется согласно выражениям и раздела 2.5.1. Расчет параметров АТД изложен в разделе 2.3. Заканчивается режим, когда тяга тепловоза превысит силу сопротивления движению поезда.

2.5.3 Управление напряжением на статоре АТД пропорционально частоте (режим разгона).

Этот режим наступает при трогании, когда скорость движения поезда уже не равна нулю, то есть частота тока статора уже не равна частоте тока ротора. Наращивание частоты тока статора производится исходя из заданного ускорения движению поезда, согласно следующим соображениям:

;

где а-заданное ускорение движению поезда; [м/с ] t- промежуток времени; [с] - скорость движения поезда в начале заданного промежутка

времени; [м/с] V2- скорость движения поезда в конце заданного промежутка времени; [м/с] Учтя, что и можно получить

где - приращение частоты тока статора за время м.

Частота тока статора тогда составит величину . Напряжение питания АТД вычисляется по выражениям раздела 2.5.1, а расчет его характеристик согласно разделу 2.3. Если же, при расчете, окажется, что частота тока ротора близка к критической частоте, на данном шаге расчета приращение частоты тока статора уменьшается на 0,1 его значения. Данный режим заканчивается достижением напряжения фазы своего номинального значения.

2.5.4 Управление частотой тока статора и ротора при постоянном напряжении фазы.

При достижении номинального режима работы АТД, то есть когда частота тока статора и напряжение питания имеют номинальное значение, дальнейшее увеличение скорости движения поезда (т.е. частоты тока статора) производится при постоянном напряжении, равном номинальному. При этом ток двигателя и его мощность будут уменьшаться. Для поддержания, в таком режиме, магнитного потока двигателя необходимо с увеличением частоты тока статора увеличивать частоту тока ротора, таким образом, чтобы ток двигателя при этом сохранялся постоянным. Расчет режима производится аналогично предыдущему разделу с контролем частоты тока ротора. Режим заканчивается, когда частота тока ротора приблизится к критическому значению, либо сила тяги станет равной предельной силе тяги по сцеплению колеса с рельсом.

2.5.5 Управление частотой тока статора при постоянном напряжении питания и частоте тока ротора

Увеличение скорости движения поезда, т.е. наращивание частоты тока статора в этом режиме осуществляется при постоянном напряжении питания АТД и постоянной, близкой к критической, частоте тока ротора. При этом ток, мощность и магнитный поток двигателя, а соответственно и момент на валу будут падать. Тяговый момент двигателя в этом случае рассчитывается согласно выражению [ ].

 
 


Расчет характеристик работы АТД в этом режиме производится аналогично

разделу 2.5.3.


3 ОПИСАНИЕ ПРОГРАМНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Блок-схема программно-алгоритмического комплекса (ПАК) представлена на рис.2.1. ПАК состоит из двух программ, написанных на языке PASCAL: PotyagVV.pas, PotyagA.pas.

Программа PotyagVVпредназначена для ввода исходных данных в ПАК и записи этих данных на диск в файлы данных. Кроме того, программа производит, при необходимости, спрямление профиля пути.

Программа PotyagAпредназначена для расчета кривых движения поезда по перегону и определению текущих значений тока генератора, мощности и расхода топлива дизелем тепловоза, потребных для обеспечения этого движения. Программа производит расчет режимов работы асинхронных тяговых электродвигателей тепловоза.

Кроме указанных выше программ ПАК включает еще 7 файлов данных, которые обязательно должны присутствовать на диске: Profil.dat, SprProfA.dat, DanPoezd.dat, EIectra.dat, ElDvig.dat, RezultA.dat, RezPoezA.dat.

Программа PotyagVV использует следующие файлы данных:

Физический файл Profil.dat,который связывается программой с логическим файлом FV, предназначен для хранения следующих данных профиля пути (очередность перечисляемых данных соответствует очередности их записи на диск):

N - количество участков профиля;

LfiJ - длина i участка, м;

RadfiJ - радиус кривой /-го участка, м; (при отсутствии кривой на участке радиус кривой принимается равным нулю);

DIRdsfiJ - длина кривой /-го участка, м; (при отсутствии кривой на участке длина кривой принимается равной нулю);

Uklfi] - величина уклона /-го участка, %о.


 

 
 

 

Физический файл SprProfA.dat,который связываетса программой с логическим файлом FO, предназначен для хранения данных спрямленного профиля пути при движении от подстанции А и содержит следующие данные:

RezLfiJ - длина /-го спрямленного участка пути, м;

RezUklfiJ - уклон /-го спрямленного участка пути, %о ;

PrUklRezfiJ - приведенный уклон /-го спрямленного участка пути от наличия на нем кривой, %о.

Физический файл DanPoezd.dat,который связывается программой с логическим файлом FC, предназначен для хранения данных о составе поезда и предельных параметрах его движения и содержит следующие данные:

ObKolVag - общее количество вагонов в составе, шт.;

Vag8 - количество 8-осных вагонов в составе, шт.;

Vag6 - количество 6-осных вагонов в составе, шт.;

Vag4 - количество 4-осных вагонов в составе, шт.;

MasSos - масса состава, т;

SkorZad - заданная скорость движения состава по перегону, км/ч;

UskZad - допустимое продольное ускорение

поезда при движении по перегону, м/с2.

Физический файл Electra.dat,который связывается программой с логическим файлом FE, предназначен для хранения данных о параметрах тепловоза и содержит следующие данные:

ти - передаточное отношение тягового редуктора;

Kdv - количество тяговых электродвигателей, шт.;

DILok - длина тепловоза, м;

LokMas - масса тепловоза, т.

Физический файл ElDvig.dat,который связывается программой с логическим


файлом FA, предназначен для хранения данных асинхронного тягового двигателя и содержит следующие данные:

Unl — номинальное линейное напряжение питания, В;

Inf— номинальный ток фазы, А;

Pnd - мощность АТД продолжительного режима, кВт; /п - номинальная частота тока статора, Гц;

р - число пар полюсов;

Ns ~ число пазов статора;

Dk - диаметр колеса тепловоза, м;

sn - номинальное скольжение ротора;

kpd- кл.д. АТД;

cofi - коэффициент мощности;

Isras - расчетная длина статора, м;

Dsr - диаметр расточки статора, м;

bzub - ширина коронки зубца статора, м;

Rs - активное сопротивление фазы статора, Ом;

Rrp — активное сопротивление фазы ротора, приведенное к обмотке статора, Ом;

Хгр - реактивное сопротивление фазы ротора, приведенное к обмотке статора, Ом;

ml — количество фаз АТД;

delta - рабочий зазор, м;

Wvf— число витков фазы двигателя;

Xs - реактивное сопротивление фазы статора, Ом;

ХО - реактивное сопротивление контура намагничивания, Ом;

f2n - номинальная частота тока ротора, Гц;

Мп - номинальный момент на валу АТД, кН-м.

Физический файл RezultA.dat,который связывается программой с логическим файлом FR, предназначен для хранения текущих данных времени


движения, тока генератора, текущего значения мощности и потребленного тепловозом топлива, силы тяги и пройденного поездом пути при его движении от станции и содержит следующие данные:

Vrem - текущее время движения поезда, с;

Skor - текущее значение скорости движения поезда, км/ч;

Put - путь, пройденный поездом на данное время, м;

UklOb - вертикальный профиль пути, м;

Itep2v - мгновенное значение тока, вырабатываемого тяговым генератором тепловоза, А;

Pte - текущее значение мощности дизеля тепловоза, кВт;

Tyaga — текущее значение силы тяги тепловоза, Н;

RasTop - текущее значение топлива,

расходуемого дизелем тепловоза на тягу, г.

Физический файл RezPoezA.datсвязывается программой с логическим файлом FD, предназначен для хранения рассчитанных программой значений тока тягового генератора тепловоза и расстояния, пройденного поездом от станции, и содержит следующие данные:

Vrem - текущее время движения поезда, с;

Put - путь пройденный поездом на данный момент времени, м;

Itep2v - мгновенное значение тока, вырабатываемого генератором тепловоза, А;


4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

4.1. Спрямление профиля пути

1й участок - является разгонным, поэтому не спрямляется.

Спрямление профиля пути производилось согласно методике описанной в теоретической части .В ходе расчета использовались формулы 2.13 ,2.14 в результате проведенного спрямления получены данные:

1 участок длина=1200м, i=0;

2 спрямленный участок включает в себя 4,5 участки и общая длина которого составила 3100 и уклон 9,245 ‰;

В спрямление не вошли участки: 2, длина которого 900м и уклон 6 ‰, 3, длина которого 2100м и уклон 8,4 ‰, 6, длина которого 2200м и уклон 7 ‰, 7, длинна которого 800м и уклон 0 ‰, 8, длинна которого 2700м и уклон -8 ‰, 10, длинна которого 2500м и уклон -10,2 ‰, 11, длинна которого1100м и уклон -6 ‰, 12, длинна которого 1800м и уклон 4 ‰. Из-за того что при попытке их спрямления не выполнялось условие 2.14; 13 участок, длиной 1100м и уклоном 0 ‰, не входит в спрямление т.к. он является остановочным.


4.2 РЕШЕНИЕ ТЯГОВОЙ ЗАДАЧИ


Поделиться:

Дата добавления: 2015-09-14; просмотров: 64; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.008 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