Росжелдор
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
А.А. Резниченко
Электрические железные дороги
Расчет основных технико-эксплуатационных характеристик электровозов
постоянного и переменного тока
Методические указания
к курсовой работе №1 для студентов II курса
специальности «Электрический транспорт железных дорог»
Ростов-на-Дону
2005
УДК 629.423:653.011.56:652.2
Резниченко А.А.
Электрические железные дороги. Расчет основных технико-эксплуатационных характеристик электровозов постоянного тока: методические указания к курсовой работе №1 для студентов 2 курса специальности «Электрический транспорт железных дорог» /А.А Резниченко; Ростовский государственный университет путей сообщения. – Ростов н/Д, 2005. – 16 с.: ил.
Дана методика расчета основных характеристик тягового электродвигателя и электровозов, принципы работы силовых схем электровозов постоянного и переменного тока; предлагается привести перечень и краткое описание основного оборудования электровозов.
Методические указания предназначены для изучения курса «Электрические железные дороги» и одобрены к изданию на заседание кафедры «Электроподвижной состав» Ростовского государственного университета путей сообщения
Рецензент: канд. техн. наук, доц. Г.Г. Вильданов (РГУПС)
Учебное издание
Резниченко Алексей Александрович
Электрические железные дороги.
Расчет основных технико-эксплуатационных характеристик электровозов постоянного и переменного тока
Методические указания к курсовой работе №1 для студентов 2 курса специальности «Электрический транспорт железных дорог»
Редактор М.А. Гончаров
Техническое редактирование и корректура М.А. Гончаров
Подписано в печать 12.10.2005. Формат 60×84/16.
Бумага газетная. Ризография. Усл.печ.л.1,2.
Уч.-изд.л. 1, 14. Тираж 60 экз. Изд № 178. Заказ №
Ростовский государственный университет путей сообщения
Ризография РГУПС
Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового полка Народного Ополчения, 2
© Ростовский государственный университет путей сообщения, 2005
Оглавление
1. Задание на курсовую работу
1.1 Исходные данные
1.2 Оформление курсовой работы
2. Методика выполнения работы
2.1 Определение мощности тяговых двигателей
2.2 Упрощенные силовые электрические схемы электровозов постоянного и однофазно-постоянного тока
2.3 Расчет и построение тяговых характеристик электровозов
3. Структурная электрическая схема и тяговые характеристики электровоза ЭП10
4. Расположение оборудования на электровозе
Библиографический список
1. Задание на курсовую работу
1.1. Исходные данные
На сети железных дорог России эксплуатируют электровозы постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ЧС2, ЧС6, ЧС7), однофазно-постоянного тока со ступенчатым (ВЛ60К, ВЛ80К, ВЛ80Т, ВЛ80С, ЧС4Т, ЧС8) и плавным (тиристорным) регулированием (ВЛ65, ЭП1, ВЛ80Р, ВЛ85,2ЭС5К) напряжения на тяговых двигателях (ТЭД) постоянного (пульсирующего) тока, а также однофазно-трехфазного тока – это два электровоза ЭП200 с синхронными ТЭД и десять электровозов двойного питания ЭП10 с асинхронными тяговыми двигателями.
Таблица 1
Исходные данные
В курсовой работе необходимо изучить упрощенные силовые электрические схемы названных выше серий электровозов, рассчитать и построить для их тяговых электродвигателей зависимости потока возбуждения Ф, силы тяги Fкд и скорости движения V от тока I, а для электровозов ─ тяговую характеристику – зависимость силы тяги электровоза от скорости его движения. По предлагаемым литературным источникам изучить устройство электровоза, серия которого указана в задании (таблица 1);в разделе пояснительной записки (ПЗ) представить основные технико-экономические параметры электровоза и его назначение, расположение в электровозе и основные технические данные колесных пар, рессорного подвешивания, опор кузова на тележку, тягового электродвигателя, автосцепки, тягового трансформатора, силовых преобразователей (ВУК, ВИП, ВУВ, преобразователь фаз и частоты), мотор-вентилятора, мотор- компрессора, пульта машиниста, крана машиниста, токоприемника, сглаживающего реактора.
Для всех вариантов номинальное напряжение на каждом электродвигателе электровоза постоянного тока UДH = 1500 В; на электровозах однофазно - постоянного тока со ступенчатым и плавным регулированием напряжения на ТЭД- UДH = 1000 В.
1.2. Оформление курсовой работы
Курсовую работу следует выполнить в виде пояснительной записки. Структура ПЗ: титульный лист, задание (бланк) на выполнение курсовой работы, реферат, содержание, введение, основная часть (разделы работы), заключение или выводы, список использованных источников. ПЗ выполняется с соблюдением требований госстандартов и стандарта предприятия |1|, а также настоящих методических указаний. Все расчеты и графический материал следует размещать на одной стороне листа формата А4 (210х297).
2. Методика выполнения работы
2.1. Определение мощности тяговых двигателей
Мощность тяговых двигателей постоянного тока определим по расчетному подъему и конструкционной скорости электровоза. Сначала определим расчетную скорость VP , км/ч на расчетном подъеме  , |2|, используя соотношение VP = 0,45 VК, где VК – конструкционная скорость электровоза.
Затем необходимо определить расчетную силу тяги Fэр, которую должен развивать электровоз, преодолевая, кроме крутизны подъема , основное сопротивление W0, Н:
 g, кН,
где W0 – основное удельное сопротивление движению поезда, н/кН; g – ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с2.
 ,  ,
где  – основное удельное сопротивление движению электровоза, Н/кН |3|;  – основное удельное сопротивление движению грузового вагона, Н/кН.
По найденному значению силы тяги определим мощность  , кВт электровозов постоянного тока, однофазно-постоянного тока со ступенчатым и плавным (тиристорным) регулированием напряжения на ТЭД
 ,
часовую (номинальную) мощность единичную тягового двигателя рассчитываем по выражению
 , кВт,
где  – число двигателей электровоза; для всех вариантов принимаем, = 8; Кпэ= (1.35 … 1.4) – коэффициент эксплуатационной перегрузки ТЭД |2|. Мощность единичного ТЭД каждого из названных электровозов не должна превышать более 1000 кВт. Учитывая это, необходимо определить по  количество 8-осных электровозов постоянного или однофазно-постоянного тока.
2.2. Упрощенные силовые электрические схемы электровозов
постоянного и однофазно-постоянного тока
На всех отечественных электровозах постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15) тяговые двигатели групповыми переключателями соединяют сначала последовательно (С), затем последовательно – параллельно (СП) и параллельно (П). Такие пересоединения позволяют изменять напряжение, прикладываемое к каждому ТЭД 6-осного электровоза, из которых видно, что при выведенных пусковых резисторах Rп напряжение на ТЭД возрастает от 500 до 1500 В. Пусковые резисторы предназначены для постоянного увеличения напряжения от (40-60)В на 1-й позиции до 500 В СЕРИЕСНОГО (С) соединения ТЭД, затем до 750 В на «СП» и до 1500 В на «П». В таблице 2 представлены величины напряжений на каждом ТЭД 6-осного электровоза, согласно рисунку 1. Необходимо заполнить таблицу соответствующими значениями напряжений на ТЭД 8-осного электровоза.
Рисунок 1 – Схемы группировок тяговых электродвигателей электровоза
постоянного тока
Таблица 2
Величина напряжений на тяговых двигателях электровозов
постоянного тока
Серия электровоза
|
ВЛ23
|
ВЛ11
|
Соединение тяговых двигателей
|
с
|
сп
|
п
|
с
|
сп
|
п
|
Число двигателей, соединенных
последовательно, 
|
6
|
3
|
2
|
8
|
4
|
2
|
Напряжение на тяговых двигателях при Rп = 0; Uд, В
|
500
|
100
|
1500
|
|
|
|
Подведенное напряжение от контактной сети в системе электрической тяги на постоянном токе регулируется путем изменения числа последовательно соединенных ТЭД. Коэффициент преобразования напряжения сети (Uсн=3000 В) имеет вид Кu=1/ ( – см. таблицу 2).
Регулирование напряжения, подведенного к ТЭД в системе электрической тяги на переменном токе (Uсн=25000 В), осуществляется путем изменения коэффициента трансформации тягового трансформатора TV1 (рис. 2). Здесь QF1 – главный выключатель; TV1– тяговый трансформатор; QP1…QP11– контакторы ЭКГ-8 (электровозный контролер главный); LL1 – сглаживающий реактор; VD1 – выпрямительная установка, питающая выпрямленным и сглаженным реактором LL1 постоянным током тележку 6-осного электровоза с двигателями М1, М2 и М3. Обмотка трансформатора х1-а1 нерегулируемая – с напряжением  ; обмотка а1-х2 – регулируемая с напряжением 4 U2р , причем U2н > U2р, однако обмотка 01 – x2 изображена большей с целью размещения контактов контакторов QP1…QP11.
Рисунок 2 – Принципиальная силовая электрическая схема соединения и питания двигателей электровоза однофазно-постоянного тока
Для приближенных расчетов коэффициент регулирования напряжения КU можно принять КU=1/ КТР, где КТР – коэффициент трансформации трансформатора TV1, КТР=U1/U2, где U2 – напряжение на каждой из тридцати трех позиций ЭКГ-8. В таблице 3 приведены величины напряжений на вторичной обмотке тягового трансформатора на холостом ходу для 6-осного электровоза, для8-осного следует заполнить столбцы таблицы 3 после изучения работы схемы (рис. 2).
Таблица 3
Величины напряжений на вторичной обложке тягового трансформатора
на ходовых позициях ЭКГ-8
Ходовая позиция
|
1
|
5
|
9
|
13
|
17
|
21
|
25
|
29
|
33
|
Напряжение, В
(6-осного электровоза)
|
44
|
296
|
548
|
800
|
1062
|
1304
|
1556
|
1808
|
2060
|
Напряжение, В
(6-осного электровоза)
|
|
|
|
|
646
|
|
|
|
1230
|
При изучении электрической схемы и заполнении таблицы 3 необходимо помнить, что до 17-й позиции ЭКГ-8 включительно вторичная нерегулируемая х1-а1 и регулируемая а1-х2 части обмоток включены встречно, и контактор QP7 разомкнут, а QP1 и QP6, например, на 1-й позиции замкнуты. После 17-й позиции контактор QP7 замыкается и тогда к виткам нерегулируемой обмотки х1-а1 с напряжением посредством последовательного замыкания контакторов QP11, QP10 и т.д. прибавляются витки обмоток с напряжением  , 2, 3, 4 на позициях 21-й, 25-й, 29-й и 33-й.
В пояснении к рисунку 2 следует представить в виде таблицы 4 порядок замыкания контактов QP1… QP11 на ходовых позициях контроллера ЭКГ-8.
Таблица 4
|
