1. Описание конструкции, системы и явления. Применение в работе электроподвижного состава.
Переходные процессы в двигателях
В отличии от нормальных электрических машин тяговые двигатели по условиям коммутационных процессов на коллекторе находятся в более тяжелых условиях. К ним относятся:
- значительные нагрузки по току;
- повышение напряжения свыше номинального;
- значительное повышение скорости вращения сверх номинальной, достигаемое в большинстве случаев ослабления поля;
- загрязнение коллектора;
- толчки напряжения, приложенного к двигателю, и т. п.
Все указанные обстоятельства накладывают некоторые ограничения на параметры тяговых двигателей и требуют тщательного анализа для предопределения работоспособности двигателя по допустимости искрения на коллекторе, возможности перекрытия по коллектору (кругового огня) и т. п. Особенно важно это для высоковольтных двигателей, а также для машин, работающих с большим ослаблением поля.
При работе на линии тяговый двигатель, получающий питание от контактной сети, подвержен непрерывным колебаниям напряжения. Эти колебания обусловлены меняющейся нагрузкой тяговой сети и иногда носят характер довольно резких толчков напряжения. Кроме того, в силу несовершенства контакта токоприемника с контактным проводом, могут иметь место так называемые отрывы токоприемника от контактного провода, приводящие к перерыву питания машины с последующим восстановлением напряжения.
Все переходные процессы связаны с изменением потока и тока двигателя и сопровождаются в ряде случаев бросками тока в двигателе, значительно превосходящими установившиеся значения. Такого рода броски тока являются следствием появления в массивных частях магнитопровода двигателя вихревых токов, существенно влияющих на его поток.
Коммутация двигателей при такого рода переходных процессах весьма осложняется, во-первых, из-за указанных бросков тока, и во-вторых, из-за влияния вихревых токов на поток добавочных полюсов.
К станине двигателя крепятся главные и дополнительные полюса с катушками. Станина двигателя имеет люки с крышками для осмотра коллектора и приливы для подвески к раме тележки. Две шапки моторно-осевых подшипников крепятся болтами к станине (по четыре болта на шапку). Шапки снабжены устройством для подачи смазки на вкладыши. Для входа и выхода вентилирующего воздуха в станине и подшипниковых щитах сделаны отверстия. Кожух зубчатой передачи крепиться к двигателю на приливах. Вал двигателя несет на себе стальной пакет якоря, имеющий вентиляционные каналы и пазы для обмотки, щеткодержатель, коллектор. Пластины коллектора стянуты между втулкой и нажимной шайбой. Щеткодержатели крепятся к торцевой стенке станины. Подшипники крепятся в подшипниковых щитах с крышками. На конци вала двигателя насажены шестерни (если двигатель имеет двустороннюю передачу). Все болтовые соединения крепления деталей двигателя предохранены от самоотвинчивания гроверными или лепестковыми шайбами.
Подавляющее большинство современных ТЭД постоянного тока имеет последовательное (сериесное) возбуждение.
Регулирование скорости можно производить путем изменения возбуждения, а именно его уменьшением. Степень ослабления поля характеризуется коэффициентом в=Iв/Iя. Минимальное допускаемое значение коэффициента ослабления возбуждения – 0.33.
При ослаблении поля двигателя, питаемого от контактной сети, путем шунтирования обмотки возбуждения, этот шунт обязательно должен включать в себя элемент индуктивности (так называемый индуктивный шунт).
Если бы шунт имел чисто активное сопротивление, то при переходном процессе большая часть тока направилась бы в этот шунт, минуя обмотку возбуждения, имеющую большое индуктивное сопротивление. В результате машина оказалась в режиме резкого ослабления поля, что могло бы привести к перекрытию по коллектору (явление кругового огня). Поэтому применяя чисто активное сопротивление для шунтирования катушек главных полюсов допускается только в тех случаях, когда в системе питания заведомо исключаются толчки напряжения (питание от собственного генератора и т. п.).
2. Формулировка инженерной задачи.
Под переходными процессами в силовых цепях ЭПС понимают режимы, возникающие в результате нестационарных, непереодических возмущений. Изучение переходных режимов позволяет с достаточной полнотой определить требования к отдельным аппаратам и машинам, входящим в электрические цепи локомотива. Удовлетворение этих требований сокращает трудоемкость доводки электрооборудования и сроки внедрения новых типов ЭПС в производство.
При кратковременном отрыве токоприемника от контактной сети происходит резкий скачек тока в цепи тягового электродвигателя. Для возможности оценки коммутационных условий при таком переходном процессе требуется знание зависимостей изменения по времени тока двигателя и его потока.
Задачей инженерного расчета является проверка максимальных (критических) значений тока двигателя ТЛ-2К электровоза ВЛ10. Решение поставленной задачи производится с применением компьютерной системы PC MATLAB.
3. Эквивалентная расчетная схема, описание, задание параметров.
Эквивалентная схема.
Паспортные данные двигатели ТЛ-2К электровоза ВЛ-10.
Uдн=1500 В – номинальное напряжение двигателя;
Iдн=480 А – номинальный ток двигателя;
n=790 об/мин – номинальная частота вращения двигателя;
Rя=0.035 Ом – сопротивление обмоток якоря;
Rдп+ Rко=0.015Ом – сопротивление дополнительных полюсов и компенсационной обмотки;
Rв=0.03 Ом – сопротивление обмотки возбуждения;
Wв=19 – число витков полюсной катушки;
2p=6 – число полюсов;
2a=6 – число параллельных ветвей обмотки якоря;
N=1050 – общее число проводников;
Q=1.25 – коэффициент рассеяния главных полюсов;
So=0.07 м – толщина остова;
ho=0.62 м – осевой размер остова;
Lм=0.56 м – средняя длина магнитной цепи между главными полюсами;
Постоянные величины:
Uc=3000 В - напряжение контактной сети;
в=0.5 – коэффициент ослабления возбуждения;
Rш=2* Rв*в/(1-в)=0.06 Ом – сопротивление шунта;
Lа=0.003 Гн – индуктивное сопротивление обмотки якоря;
Lш=0.0045 Гн - индуктивное сопротивление шунта;
Lв=(Q-1)*2*Pв* Wв*dФ/dIв=0.0038 Гн - индуктивное сопротивление обмотки возбуждения;
Кф=dФ/dIв – коэффициент формы;
yo=7.15*10^(-6);
Gвх=yo/32*( So*Lм/ ho)=14127 1/Ом – вихревая проводимость;
C=284.1 – приведенный конструкционный коэффициент обмоток.
4. Система дифференциальных уравнений, составленных по законам для электрических цепей (Кирхгофа, Ленца), по построенной схеме.
Uc=2*C*V*Ф+2*Rя*Iя+2*Lя*d Iя/dt+2*Rв*Iв+2* Lв*d Iв/dt+2*Pв*Wв*dФ/dt;
2*Rв*Iв+2* Lв*d Iв/dt+2*Pв*Wв*dФ/dt= Rш*Iш+Lш*d Iш/dt;
Учитывая цепь намагничивания и вихревые токи :
Ф=f(Iв+ Iвих/Wв);
Iвих=-gвих*dФ/dt.
Получаем систему :
Uc=2*C*V*Ф+2*Rя*Iя+2*Lя*d Iя/dt+2*Rв*Iв+2* Lв*d Iв/dt+2*Pв*Wв*dФ/dt
2*Rв*Iв+2* Lв*d Iв/dt+2*Pв*Wв*dФ/dt= Rш*Iш+Lш*d Iш/dt
Ф+ gвих*kф/ Wв* dФ/dt=f(Iвих).
5. Формулировка математической задачи. Приведение системы дифференциальных уравнений к каноническому виду. Начальные условия.
Электромагнитные процессы в электрических цепях протекают значительно быстрее по сравнению с процессом изменения скорости ЭПС, поскольку двигатель сцеплен с большими инерционными массами и за это время скорость экипажа не может существенно измениться. Поэтому при коммутации ТЭД можно считать скорость движения ЭПС постоянной, равной заданному значению, и уравнение равновесия моментов на валу ТЭД можно не рассматривать.
Приведем систему обыкновенных дифференциальных уравнений к каноническому виду, то есть к системе дифференциальных уравнений, разрешенных относительно производных. Учитывая, что Iя= Iв+ Iш, получим:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.