2. На основании полученных данных строятся зависимости первой производной удельного расхода электроэнергии по времени для каждого перегона рассматриваемого участка. Зависимости строятся на одном графике. Построение производится следующим образом:
-
выбираются одинаковые значения производных для всех перегонов
участка – 
;
-
для построения кривых 
необходимо
вычислить время t1, t2,
…, tn, соответствующее выбранному значению 
. Предположим, что для перегона АБ
значению соответствует время tАБ i,
перегону БВ – tБВ i
и т.д. В этом случае t1 i = tАБ i; t2 i = tАБ i + tАБ i и т.д.
3.
По суммарному времени хода поезда по участку Тх
выбираются времена хода по отдельным перегонам участка ti.
7. Нагревание ТД.
7.1. Необходимость проверки ТД на нагревание.
В процессе преобразования электрической энергии в механическую в электрооборудовании ЭПС неизбежны потери энергии на активных сопротивлениях обмоток, и, как следствие этого, нагревание этого оборудования. Применительно к ЭПС проверку нагрева необходимо проводить для ТД, сглаживающих реакторов и тяговых трансформаторов, т.к. их отказ в пути следования приведет к отказу электровоза в целом и сбою движения на всем участке.
Проверку нагревания производят для наиболее тяжелых условий работы:
- для электровозной тяги – движение с поездом наибольшей массы по перегону с наиболее тяжелым профилем;
- для моторвагонной тяги – движение на участке с наименьшими расстояниями между остановочными пунктами при наиболее жестком графике движения и наибольшей населенности вагонов.
Наиболее уязвимым элементом электрооборудования ЭПС по нагреванию является коллекторный ТД. Поэтому в дальнейшем вопросы расчета нагревания будем рассматривать применительно к нему.
Кривая
зависимости допустимой по нагреванию мощности ТД от времени имеет форму
гиперболы (кривая 1) при условии, что ТД работает при неизменной температуре
окружающего воздуха. При t ® ¥ кривая Р(t) асимптотически стремится к
значению Р¥
– мощности, при которой наступает тепловое равновесие (все выделяемое тепло
полностью отдается в окружающую среду). При такой мощности ТД может работать
бесконечно долго без превышения допустимой температуры обмоток.
Прямая 4 ограничивает кривую P(t) наибольшим допустимым значением Рmax. Превышение этого значения приведет к перегреву ТД и повреждению его элементов (обугливание изоляции обмоток или выплавление петушков коллектора).
Для ТД последовательного возбуждения имеется еще ограничение по минимальной мощности Рmin, величина которой определяется максимально допустимой частотой вращения якоря ТД (в противном случае произойдет механическое разрушение якоря).
Если усилить вентиляцию ТД, тем самым увеличив его теплоотдачу, то значение Р¥ возрастет (кривая 2). Но величина Рmax при этом не изменится. Для увеличения времени работы ТД с мощностью, равной Рmax, необходимо увеличить теплоемкость ТД (при той же теплоотдаче), т.е. изменить свойства материала из которого изготовлен ТД. Величина Р¥ при этом не изменяется (кривая 3).
Согласно ГОСТ 2582-81 тяговые электрические машины предназначены для работы в диапазоне температур от –50 до +40°С на высоте до 1200 м над уровнем моря. При проверке на нагревание для обмоток ТД принимают условную температуру окружающей среды +25°С. Превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды должно быть меньше значений, оговариваемых в ГОСТ 2582-81 (по классам нагревостойкости изоляции) и ГОСТ 12.1.017-80 (условия противопожарной безопасности).
Для ТД продолжительные режимы работы устанавливаются для наименьшего и наибольшего допускаемых напряжений при номинальной мощности и частоте вращения; кратковременные режимы – для 15, 30, 40, 60 и 90 минут.
7.2. Аналитический расчет нагревания ТД.
Современные ТД представляют собой очень сложные конструкции, состоящие из большого числа частей сложной геометрической формы. Все эти части изготовлены из различных материалов, имеют разную массу, разные условия теплопередачи. В различных частях ТД выделяется неодинаковое количество тепла. Вследствие сложности тепловых процессов в ТД точный аналитический расчет его нагревания крайне затруднителен. Поэтому для моделирования нагревания ТД прибегают к упрощениям. Наиболее распространенный способ, дающий удовлетворительные результаты, основан на представлении ТД однородным твердым телом.
Нагревание любой обмотки ТД определяется, в основном, электрическими потерями в ней I2r и магнитными потерями в прилегающих к обмотке стальных частях DРс. Потери в стали определяют по опытным кривым, снятым на стенде. С достаточной точностью потери энергии на нагрев обмотки можно описать следующим уравнением:
.
Здесь r0 – сопротивление обмотки при температуре окружающего воздуха;
a0 – температурный коэффициент;
t – текущая температура обмотки;
kс – опытный поправочный коэффициент потерь в стали. Для коллекторных ТД k = 0,35...0,5; для бесколлекторных k = 0,4...0,55.
Рассмотрим процесс нагревания обмотки ТД, приняв ее за однородное твердое тело с приведенными тепловыми параметрами:
– теплоемкостью Сr;
– теплоотдачей Вr;
– потерями энергии DРr.
Допустим, что в течение времени dt в обмотке выделится количество тепла DРrdt. Часть этого тепла вызывает превышение температуры обмотки на dt, остальная выделяется в окружающую среду. С учетом этого уравнение теплового баланса имеет вид:
DРrdt = Сrdt + Вrtdt.
Подставив в это уравнение выражение для потерь в обмотке, полученное ранее, получим:
I2r0dt + I2r0a0tdt +kcDРcdt = Сrdt + Вrtdt.
Преобразуем выражение:
(I2r0 + kcDРc)dt = Сrdt + (Вr – I2r0a0)tdt.
Введем следующие обозначения:
* эквивалентные потери мощности DРэ = I2r0 + kcDРc;
* эквивалентная теплоотдача Вэ = Вr – I2r0a0.
Выражение примет вид:
DРэdt = Сrdt + Вэtdt.
Разделим выражение на Вэ
и обозначим отношение 
как эквивалентную
постоянную времени:
.
Проинтегрировав это выражение, получим уравнение для превышения температуры обмотки над температурой окружающей среды:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.