Определение основных параметров электрической передачи. Выбор схемы соединения тяговых электродвигателей

Белорусский Государственный Университет Транспорта

Кафедра «Тепловозы и тепловые двигатели»

Курсовой проект

По дисциплине «Электрические передачи локомотивов»

Выполнил студент 5-го курса группы 98-ЗТ-471п

г. Минск ул. Р.

Гомель 2002

Содержание

1.  Введение

2.  Исходные данные

3.  1 Определение основных параметров электрической передачи

4.  2 Выбор схемы соединения тяговых электродвигателей

5.  3 Определение основных параметров электрических машин

6.  4 Построение внешней характеристики тягового генератора

7.  5 Построение регулировочных характеристик передачи

8.  6 Разработка схемы регулирования мощности тягового генератора

9.  7 Определение передаточного числа тягового редуктора

10.  8 Определение основных размеров и параметров тягового электродвигателя

11.  9 Расчет и построение характеристик тягового электродвигателя

9.1 Магнитная характеристика

9.2 Скоростная характеристика

9.3 Тяговая характеристика

9.4 Характеристика кпд тягового электродвигателя

12.  10 Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза

13.  11 Тормозные характеристики электрической передачи тепловоза

14.  12 Расчет весовых и технико-экономических показателей проектируемых машин

15. Список использованной литературы

Введение

Вопрос передачи мощности от дизеля к колесным парам локомотива решается несколькими способами. Все способы в каждом конкретном случае имеют свои преимущества и недостатки. Электрическая передача обладает своими достоинствами и преимуществами, как и любая другая передача. Несмотря на это электрическая передача мощности имеет широкое применение на современнных тепловозах различного назначения.

Данный курсовой проект рассматривает вопросы проектирования электрической передачи, а также основные технические характеристики.

Во время эксплуатации тепловозов с электрической передачей, возникает немало вопросов по ее обслуживанию и ремонту. Знания полученные в процессе курсового проектирования помогают будущим инженерам оперативно решать возникающие вопросы не нарушая безопасность движения и ритмичную работу белорусской железной дороги.

Исходные данные.

1.  Тепловоз грузовой

2.  Эффективная мощность дизеля Nе, 2,9 МВт

3.  Номинальная частота вращения коленчатого вала дизеля, 850 об/мин

4.  Сцепной вес тепловоза Рсц, 1,5 МН

5.  Диаметр движущих колес Dк, 1,25 м

6.  Число тяговых электродвигателей m, 6 шт

7.  Максимальная (конструкционная) скорость тепловоза 110 км/ч

1 Определение основных параметров электрической передачи

Расчетная сила тяги определяется из условия реализации тяги тепловоза на расчетном подъеме:

F_кр  = Р_сц×y_кр ,                                               (1)

где   Р_сц - сцепной вес тепловоза, кН ;

y_кр - коэффициент тяги на расчетном подъеме.

Сцепной вес тепловоза:

                                        Р_сц  = g_o×m ,                            (2)

где   g_o - нагрузка на ось, кН; g_o  = 250 кН ;

m - количество тяговых электродвигателей; m = 6 ;

Р_сц = 250×6 = 1500 кН.

Для тепловозов с электрической передачей F_кр= F_к¥  или   y_кр = y_к¥ .

Продолжительная сила тяги тепловоза

F_к¥=                                                       (3)

где   Кпр  – коэффициент перегрузки по силе тяги на расчетном подъеме,

Кпр= 1,2.

Коэффициент тяги на расчетном подъеме принимаем y_к¥= 0,2;

Таким образом получаем:

F_кр = 1500×0,2 = 300 кН

F_к¥ =  кН

Определим скорость тепловоза на расчетном подъеме:

,                                              (4)

где Nдг – свободная мощность дизеля , передаваемая генератору, кВт;

hп - КПД электрической передачи;

h_п=h_г ×h_д ×h_з×h_ву ,                           (5)

h_г ,h_д , h_з – КПД соответственно генератора, тяговых электродвигателей и зубчатой передачи .

h_г и h_д - принимаем   [1] h_г=0,958,  h_д=0,914,

h_з  - принимаем   [1]   h_з=0,98;

h_ву  - принимаем   [1]   h_ву=0,98;

h_п=0,98×0,92 ×0,98 ×0.98 = 0,858.

Свободная мощность дизеля,

N_дг=N_е-N_всп ,                            (6)

где   N_всп – мощность расходуемая на привод вспомогательных агрегатов тепловозов, кВт.

N_всп=(0,08¸0,11) ×N_е,                            (7)

N_всп=0,11 × 2900=319 кВт.

N_дг=2900-319=2581 кВт.

=26,57.

Мощность на зажимах тягового тепловозного генератора, кВт,

                                               Рг=N_дг·h_г(8)

Рг=2581·0,958 = 2472 кВт

Мощность на выходе выпрямительной установки

                                                Рд=N_дг ·h_сг ·h_ву(9)

где h_сг = 0,95 – кпд синхронного генератора;

Рд=2581· 0,95· 0,98 = 2402 кВт

Мощность на зажимах тягового двигателя, кВт,

Рпд=    (10)

где С – число тяговых электродвигателей.

Рпд= кВт

Мощность на валу тягового электродвигателя, кВт,

                                           Рд=Рпд·ηд    (11)

                                           Рд=412·0,914 = 376,5кВт.

2 Выбор схемы соединения тяговых двигателей

Для обеспечения необходимых тяговых свойств тепловоза выбираем параллельное соединение тяговых двигателей. Данное соединение обеспечивает лучшую реализацию сцепного веса и надежность в эксплуатации.

Максимальная скорость полного использования мощности тепловоза

V^¢_мах=(0,9¸1,0) ×V_мах ,            (12)

V^¢_мах=1,0 × 110=110 км/ч.

V^¢_мах=,            (13)

где   a₂ – коэффициент ослабления возбуждения;

К^оп_н – степень насыщения.

Значение К^оп_н принимаема по [1] К^оп_н=1,795,

Значения a₂ и К_г¥ принимаем [1]  a₂=0,26, К_г¥=1,4;

               V^¢_мах= (26,5× 1,4²)/0,26 ×1,795=111 км/ч .

Так как в нашем случае a₂ меньше 0,5, то принимаем две ступени ослабления.

                                         a₁»0,95 × (a₂)^Ѕ ,                                                                                                                (14)

                                         a₁»0,95 × (0,26)^Ѕ =0,494.

3 Определение основных параметров электрических машин

Максимальное напряжение генератора принимаем U_гmax=750 В.

Напряжение и ток генератора при длительном режиме:

                                              ,                                                                                                                (15)

=524 В.

                                               ,                                                                                                                (16)

где Р^'_гн – мощность генератора при номинальном токе I_гн , кВт;

                                                   ,                                                                                                                (17)

Значение h_г принимаем по [1] h_г=0,98;

                                                   Р_гн=2581 × 0,98= 2529 кВт .

Максимальный пусковой ток:

                                         I_гмах=(1,3¸1,5) ×I_гн ,                                               (18)

I_гн=,                                               (19)

Iгн = 4621 А.

                                         I_гмах=1,45 × 4621 = 6700 А .

Минимальное напряжение генератора

                                         U_гмин= ,                                                   (20)

где   Р^¢¢_г – мощность генератора при максимальном токе I_г¥ , кВт;

Р^¢¢_г=N_дг ×h_г;                                                   (21)

Значение h_г принимаем по [1] h_г=0,958 ;

Р^¢¢_г=2581 × 0,958=2472 кВт ,

       U_гмин= (2472/6700) ×10³=369 В.

Максимально допустимый ток при коммутации, А ;

                                         I_гком »2 ×I_гн ,                                                   (22)

                                         I_гком  » 2 × 4621 = 9242 А .

Продолжительная мощность электродвигателя, кВт ;

Р_дн= U_дн ×I_дн ×10^-3 ,                                                                                                                (23)

где   I_дн= I_гн /6 ;

I_дн= 4621 /6=770 А .

      Р_дн=770 × 535 ×10^-3= 412 кВт .

4 Построение внешней характеристики тягового генератора

По данным полученным в п. 3 строят внешнюю характеристику тягового генератора.

 
5 Построение регулировочных характеристик передачи

Определим коэффициент регулирования электрической передачи по скорости:

                                                     ,                                                             (24)

                                                     Кv = 3,77

Определим минимальное значение коэффициента ослабления возбуждения тяговых электродвигателей,

                                                     ,                                                             (25)

                                                     , так как а_min<0,5, то применяем две ступени ослабления возбуждения. Коэффициент промежуточной ступени ослабления определим по формуле