Краткий курс лекций по дисциплине «Электрические железные дороги» (стр. 3 )

Удельная сила дополнительного сопротивления от подъема численно равна величине подъема и измеряется в ньютонах на килоньютон.

2). От кривых – под действием центробежной силы гребни бандажей колесных пар прижимаются к рельсам и появляется трение. Колесо, идущее по внутреннему рельсу, имеет проскальзывание; трение в опорах кузова, в боковых опорах. Из-за большого числа факторов и сложных зависимостей удельное дополнительное сопротивление от кривой определяется по эмпирической формуле ωR = 700 / R, где R – радиус кривой в м.

3). При трогании с места – повышенное трение в подшипниках (смазка выдавлена, полусухое трение), большая деформация рельса и колеса.

Силы удельного дополнительного сопротивления при трогании с места определяются по эмпирическим формулам:

для подшипников скольжения ;

для подшипников качения .

mBo – масса вагона, приходящаяся на одну ось.

4). При низких температурах окружающего воздуха – возрастает вязкость смазки, а значит и коэффициент трения; возрастает так же и сопротивление воздушной среды; определяется по формуле ωНТ = ω0 (КНТ -1), а значение коэффициента КНТ берется из таблицы при различных низких температурах и скоростях движения для грузовых и пассажирских вагонов.

5). От ветра  - встречный и боковой ветер увеличивают сопротивление из-за трения и увеличения сопротивления воздушного потока. По таблице берется коэффициент ветра КВ и дополнительное сопротивление от ветра ωВ = ω0 (КВ -1).

6). От подвагонных генераторов для пассажирских вагонов.

7). От движения в тоннелях.

Общее сопротивление движения поезда WК определяется алгебраической  суммой  основного  и дополнительного сопротивлений. WК = W0 + Wд, в Н. Почти все виды сопротивлений пропорциональны весу поезда, поэтому рассматривают удельное  сопротивление движения  поезда ωН = ω0 + ωд в Н/кН.

Основное удельное сопротивление определяется по эмпирическим формулам в зависимости от скорости движения:

- для различных серий локомотивов;

- при движении под током;

- при движении без тока;

- в зависимости от подшипников качения или скольжения;

- в зависимости от количества осей вагона;

- для груженых или порожних вагонов;

- для стыкового или бесстыкового пути.

Общее основное удельное сопротивление определяется как .

22. Уравнение движения поезда.

Уравнение движения поезда позволяет оценить влияние ускоряющих и замедляющих сил, действующих на поезд, на ускорение его движения. По II закону Ньютона: Fy = m x a, где Fy – ускоряющая сила действующая на поезд в Н, m – масса поезда в кГ, а – ускорение движения в м/с2. В тяге поездов масса измеряется в тоннах (нужно умножить на 1000), ускорение в км/ч2 (нужно умножить на 1км=1000 м), и разделить на 60 сек x 60 мин и в квадрате=3600) и получаем:

 или

При поступательном движении поезда вместе с ним совершают поступательное движение все детали, но вращающиеся детали совершают и вращательное движение. Вращательное движение замедляет ускорение и замедляет замедление, сохраняя свое вращение.

Влияние на ускорение движения поезда вращающихся частей в расчетах оценивают коэффициентом γ и вместо массы поезда m вводят приведенную массу поезда mn = m(1+γ). Коэффициент (1+γ) называют коэффициентом инерции вращающихся частей , показывающий увеличение массы поезда для учета действия вращающихся частей. Уравнение движения поезда будет иметь вид:

,

Уравнение движения поезда показывает зависимость между ускорением движения поезда км/ч2, ускоряющей силой Н, массой в т и коэффициентом инерции вращающихся частей. Уравнение движения поезда можно записать:

  , тогда ;

показывает что ускорение движения поезда зависит от удельной ускоряющей силы и коэффициента инерции вращающихся частей (1+γ). Обозначим 127 / (1+γ) = ξ, получим наиболее простую форму записи: a = ξ x fy, где ξ - ускорение поезда в км/ч2 при действии удельной ускоряющей силы в 1 Н/кН.

Зная fy = fk - ωk - вт, получим a = ξ(fk - ωk - вт). Значение коэффициента инерции вращающихся частей (1+γ) различно для разных видов подвижного состава. На его значение влияет и масса. Например у груженного вагона (1+γ) меньше по сравнению с порожним, т. к. при большей массе вагона меньшее влияние вращающихся частей. У локомотивов (1+γ) выше, т. к. большее число вращающихся частей. Значения (1+ γ) приводятся в таблицах. Для состава с различными типами вагонов коэффициент рассчитывают:.

Для различных грузовых и пассажирских поездов коэффициент γ  оказывается близким к 0,06 и коэффициент ξ=127/1,06=120 км/ч2/H/кН и уравнение движения поезда a = 120(fk - ωk - вт)

ω0 – основное удельное сопротивление

ωk – общее удельное сопротивление

Уравнение движения поезда можно записать и в таком виде:

dV / dt = 120(fk(V) - ωk(V) - вт(V))

23. Анализ уравнения движения поезда.

Чтобы решить уравнение движения поезда, нужно найти удельные ускоряющие и замедляющие силы, которые определяют из удельных сил тяги, удельных сил сопротивления движению и удельных тормозных сил во всех  диапазонах скоростей движения.

При движении поезда ускоряющая сила изменяется в связи с изменением режимов работы локомотива, плана и профиля пути. Наиболее общим случаем является ускоренное или замедленное движение и только в частных случаях – равномерное.

Ускоренное движение можно получить как в режиме тяги, так и в режиме выбега и торможения при следовании на спусках, когда составляющие от веса поезда окажутся больше сил сопротивления движения или суммы сил сопротивления движения и тормозной силы.

Равномерное движение наступает при равенстве этих сил.

Замедленное движение может быть и в режиме тяги при следовании по подъему, когда сила тяги окажется меньше сил основного и дополнительного сопротивлений движению.

При решении уравнения движения поезда определяют скорости движения, путь пройденный поездом за любой промежуток времени или время, необходимое для прохождения отрезков пути, в том числе и перегонов.

1)  fy > 0 – ускоренное движение, fy = const > 0 равноускоренное

2)  fy < 0 – замедленное движение, fy = const < 0 равнозамедленное

3)  fy = 0 – равномерное движение

  Уравнение движения поезда:

для режима тяги: a = 120(fk-ω0-ωд)

для режима выбега: a = 120(-ω0-ωд)

для режима механического торможения: a = 120(-вт-ω0-ωд)

24. Методы решения уравнения движения поезда.

Используются три метода решения уравнения движения поезда:

1. Аналитический.

2. Метод установившихся скоростей.

3. Графический.

При решении уравнения движения поезда любым способом необходимо иметь диаграмму удельных ускоряющих и удельных замедляющих сил.

24.1.Аналитический метод.

Принимается определенный интервал скорости ΔV, пусть равный 10 км/ч. В каждом интервале скорости от 0 до 10 км/ч, от 10 до 20 км/ч и так далее по диаграмме удельных ускоряющих и удельных замедляющих сил определяем fy ср. Например, в интервале от 10 до 20 км/ч  (Н/кН), затем необходимо учесть величину уклона данного профиля пути, при ξ подсчитываем:  

Аналогичным способом подсчитывают для другого профиля пути. Далее все Δt складываем и находим время, например, для разгона поезда. Складывая всеΔS, определяется путь, проходимый, например, при разгоне поезда.

С учетом полученных данных ΔV, Δt, ΔS можно построить графические зависимости V(S) и t(S).

24.2.Метод установившихся скоростей.

По диаграмме удельных ускоряющих и удельных замедляющих сил по крутизне каждого элемента пути определяют установившуюся скорость.

Установившиеся скорости для каждого элемента пути можно определить путем наложения на тяговую характеристику кривые сопротивления движению поезда на различных уклонах.

Точки пересечения тяговой характеристики и кривых сопротивления движению поезда будут показывать установившуюся скорость для каждой крутизны.

Время движения поезда по каждому элементу пути при равномерной скорости , где t в мин, S в км, V в км/ч.

При этом необходимо внести поправки на разгон и замедление, которые принимаются для электровозов tp = 2 мин, tЗ = 1 мин, для электропоездов – tp = 0,5 мин, tЗ = 0,4 мин. Время движения по перегону (в мин):

При этом методе не учитывается плановый переход от одной скорости движения к другой при изменении профиля пути.

Сравнивая расчеты с использованием метода установившихся скоростей и графическим методом, разница получается 4÷7% при электрической тяге и 11÷17% при тепловой тяге.

24.3.Графический метод.

Подробно рассмотрен в методических указаниях по выполнению курсовой работы.

25. Основные параметры ЭПС постоянного тока и

переменного тока.

Параметры	ВЛ8	ВЛ10	ВЛ15	ВЛ60К	ВЛ80С	ВЛ85
Осевая формула	20+20+20+20	20–20–20–20	20–20–20–20–20–20	30–30	20–20–20–20	20–20–20–20–20–20
Сцепной вес, т	180	184	300	138	192	288
Полная длина, мм	27520	32840	45000	20800	32840	45000
Род тока	ПОСТОЯННЫЙ	ПЕРЕМЕННЫЙ
Конструктивная скорость, км/ч	100	100	100	110	110	110
Электрическое торможение	РЕКУПЕРАТИВНОЕ	НЕТ	реостатное	рекуперативное
Мощность часового режима, кВт	4200	5200	9000	4650	6520	10000
Сила тяги часового режима, кН	346	397	651	313	442	706
Скорость часового режима, км/ч	42,6	47,3	47,7	52	51,6	50,9
К. П.Д.	89,1	90,2	88,0	84	84	86

26.Упрощенная схема силовой цепи ЭПС постоянного тока.

Электрическая схема – это изображение электрических машин и электрических аппаратов в их условном обозначении с указанием электрической связи их между собой.

Электрическая цепь в отличие от электрической схемы, это путь протекания электрического тока при замкнутых контактах электрических аппаратов.

Упрощенная схема силовой цепи ЭПС переменного тока рассматривается при выполнении курсовой работы.

Основные элементы силовой схемы (тяговые электродвигатели рассматриваются отдельно):

Тп – токоприемник, устанавливается на крыше электровоза или на крыше моторного вагона электропоезда. Является скользящим контактом, обеспечивая соединением электрической схемы ЭПС с контактным проводом. Нажатие на контактный провод 180Н (60÷90Н при переменном токе).

Принцип работы токоприемника на ЭПС постоянного и переменного токов одинаковые.

Аппараты управления токоприемниками обеспечивают быстрый подъем токоприемника, быстрый отрыв полоза от контактного провода и мягкую его посадку на основание. Токоприемник должен быть менее инерционным, допускать большие скорости движения, успевая следить за траекторией контактного провода.

БВ - быстродействующий выключатель.

БВ – служит для оперативного включения и отключения силовой цепи электровоза от контактного провода, и для отключения при различных аварийных ситуациях. Устанавливается на ЭПС постоянного тока.

Для включения БВ машинист включает кнопку «БВ», которая остается включенной, замыкая цепь удерживающей катушки БВ. Затем, машинист включает кнопку с самовозвратом «Возврат БВ». Замыкается цепь на катушку электромагнитного вентиля, который пропускает сжатый воздух в пневмоцилиндр. В пневмо-цилиндре поршень перемещается, сжимая пружину, и через шток роликом нажимает на контактный рычаг, который поворачиваясь относительно точки А, прижимается к якорю. При дальнейшем перемещении поршня якорь прижимается к сердечнику, поворачиваясь относительно точки Б. Но силовые контакты остаются разомкнутыми, пока кнопку «Возврат БВ» удерживаем включенной. После отпускания кнопки «Возврат БВ» под действием пружины в пневмоцилиндре поршень перемещается в прежнее положение, освобождая контактный рычаг. Под действием своей пружины контактный рычаг поворачивается относительно точки А, замыкая силовые контакты. Якорь остается притянутым к сердечнику под действием магнитного потока удерживающей катушки. При включенной кнопке «Возврат БВ» силовые контакты не замкнуты для того, чтобы при включении БВ на аварийный режим, БВ не смог бы отключиться. После включения БВ последовательно в силовую цепь включена размагничивающая катушка, магнитный поток которой раздваивается, с одной стороны направлен согласно Фудерж, а с другой – встречно. Соотношение витков катушек таково, что при нормальных условиях якорь остается притянутым. При к. з. в силовой цепи быстро возрастающий ток и магнитный поток размагничивающей катушки размагничивает сердечник и якорь под действием пружины быстро отпадает, размыкая силовые контакты, а образовавшаяся дуга магнитным дутьем выбрасывается на «рога» и гасится. Для уменьшения времени отключения после появления к. з. параллельно размагничивающей катушке включается индуктивный шунт, имеющий индуктивное сопротивление больше индуктивного сопротивления размагничивающего винта. Ток к. з., в основном, идет через размагничивающую катушку. Оперативное отключение и отключение при перезагрузках происходит размыканием цепи удерживающей катушки. Время отключения БВ 0,0015÷0,003 сек., регулируется изменением усилия пружины или перемещением винтов в магнитной системе сердечника. Ток уставки БВ, например, на ВЛ10 А. На ЭПС переменного тока роль, аналогичную БВ, выполняет главный выключатель ГВ (воздушный).

  Электрические аппараты.

Электрический аппарат – это устройство, которое служит для замыкания и размыкания электрических цепей.

Электрические аппараты подразделяются:

1. По способу управления - на ручные и дистанционные. Большинство электрических аппаратов с дистанционным управлением, т. к. при их управлении обеспечивается безопасность, и возможна автоматизация процесса переключения.

2. По назначению - на командные, исполнительные, защиты, блокирования, автоматизации, сигнализации. Один и тот же аппарат может иметь несколько назначение.

3. По способу приведения в действие электрические аппараты с дистанционным управлением делятся на электромагнитные, электропневматические и с моторным приводом.

20.3.1.Электромагнитные контакторы

При подаче напряжения на катушку управления создается магнитный поток, который замыкаясь по сердечнику, притягивает якорь, преодолевая усилие отключающей пружины и замыкая контакты. При снятии напряжения с катушки под действием отключающей пружины якорь отпадает, размыкая контакты.

1- силовые контакты; 2- притирающая пружина, 3-якорь; 4-отключающая пружина; 5-сердечник; 6- катушка управления; 7-кнопка управления.

Электромагнитные контакторы могут иметь магнитную систему гашения дуги между размыкающимися  силовыми контактами. Контакторы могут иметь прямоходовую подвижную систему и поворотную. При прямоходовой подвижной системе через силовые контакты допускается ток до 50А, при поворотной системе – до 150А. По принципу электромагнитных контакторов работают и электромагнитные реле, которые в отличие от контакторов не имеют силовых контактов, дугогасительных устройств, и имеют блокировочные контакты.

20.3.2.Электропневматичекие контакторы

1-силовые, контакты; 2-притирающая пружина; 3-поворотный рычаг; 4-изоляционная тяга; 5-пневмоцилиндр; 6-отключающая пружина; 7-поршень; 8-электромагнитный вентиль с катушкой управления; 9-кнопка управления.

При подаче напряжения на катушку вентиля вентиль пропускает воздух в пневмоцилиндр под поршень. Поршень поднимается вверх, преодолевая усилие пружины, и через тягу поворачивает рычаг и замыкает силовые контакты. При снятии напряжения с катушки вентиль из под поршня выпускает воздух в атмосферу. Под действием пружины поршень опускается вниз, и далее размыкая контакты. Электропневматические контакторы могут иметь систему дугогашения. Электропневматические контакторы из-за большой величины контактного нажатия применяются для переключения электрических цепей с большими токами. Но электропневматические контакторы имеют большие габариты, значительный вес и требуется подвод сжатого воздуха.

20.3.3. Реверсор

Служит для изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей с целью реверсирования или изменения направления вращения якорей двигателей, а значит и для изменения направления движения локомотива. Реверсор, это групповой переключатель с электропневматическим приводом на два положения. Контакторные элементы выполнены без дугогашения, поэтому переключают  реверсор при обесточенных силовых цепях.

21. Требования к расположению электрического оборудования

1. Исключить попадание людей под напряжение.

2. Обеспечение необходимых изоляционных расстояний.

3. Удобство управления.

4. Удобство технического обслуживания и ремонта;

5. Обеспечение охлаждения;

6. Обеспечение защиты от загрязнений и атмосферных осадков;

7.Обеспечение минимальной длины проводов, воздухопроводов, трубопроводов;

8. Равномерное распределение нагрузки от сил тяжести;

9. Удаление от поста управления оборудования, издающего шум при работе.

22. Особенности пуска двигателя постоянного тока.

Различают непосредственный и управляемый способы пуска двигателей в ход. Управляемый способ пуска в свою очередь делится на реостатный и трансформаторный. Если для тягового электродвигателя с Uн = 1500 В, Rдв = 0,1 Ом Если применить непосредственный пуск, то получим:

, при пуске n = 0, значит Е = 0, и

Недопустимо!

Трансформаторный пуск применяется на ЭПС постоянного тока и ЭПС двойного питания.

Регулирование скоростей движения на ЭПС постоянного тока

При реостатном пуске все двигатели включаются последовательно и последовательно с ними включается реостат., где n – количество тяговых двигателей на ЭПС. По мере разгона частота вращения двигателей увеличивается, противо э. д.с. E = CE x φ x n  возрастает, и ток понижается, вызывая понижение силы тяги Fк. При дальнейшем разгоне для поддержания величины пускового тока, а значит силы тяги по мере роста противо э. д.с. сопротивление реостата уменьшают переключением контактов группового переключателя с электропневматическим приводом. После полного вывода реостата будет первая ходовая позиция и напряжение на каждом двигателе , где n – количество последовательно соединенных двигателей.

Для дальнейшего разгона тяговые двигатели переключают в две параллельные ветви. Последовательно с ними вновь вводится реостат, сопротивление которого уменьшают по мере разгона. И после полного вывода реостата будет вторая ходовая позиция. Напряжение на каждом двигателе будет в 2 раза больше напряжений первой ходовой позиции.

Для дальнейшего увеличения скорости движения тяговые двигатели переключают в параллельные ветви по два последовательно соединенных двигателя в каждой параллельной ветви. Вновь вводится реостат. А после полного его вывода будет третья ходовая позиция и напряжение на каждом двигателе .

На ЭПС постоянного тока всего три ходовых позиции, на которых допускается длительная езда. На позициях, когда включен реостат, не допускается длительная езда из-за исключения перегрева реостата. Подобные позиции называются реостатными.

Недостатками регулирования скорости на ЭПС постоянного тока являются:

- малое число ходовых позиций;

- потери электроэнергии на реостатах, которая выделяется в виде тепла.

23. Расчет ступеней пускового реостата. Пусковая диаграмма.

Выполняется графическим способом. Рассмотрим для одного двигателя. Скорость . При одно и том же U при большем Rп скорость V будет ниже. Таким образом, скоростная характеристика при большем Rп располагается ниже.. Величина Rп должна быть такой, чтобы обеспечить в первый момент небольшой Iпуск, небольшую Fк для плавного натяжения автосцепных устройств. Затем нужно уменьшить Rп, чтобы увеличить Iдв пуск и Fк для превышения сил сопротивления. С увеличением скорости V ток уменьшается. Для сохранения ускорения необходимо уменьшить Rп.

 (это из первой формулы). При неизменных U,

Iдв пуск, φ зависимость Rп от V иметь прямую линию. При V = 0 . Это будет первая точка зависимости Rп(V), а вторую точку этой прямой зависимости определяем по скоростной ходовой характеристике (Rп = 0).

Но плавно изменить величину Rп при мощных двигателях невозможно, поэтому используют ступенчатое изменение Rп.

Задаются Iдв max при пуске, учитывается коэффициент неравномерности пускового тока:

Коэффициент Кн для электровозов принимается 0,04÷0,08, для электропоездов до 0,15 при ускорении 0,4÷0,5 м/с2 и до 0 при ускорении 0,6÷0,7 м/с2.

С учетом запаса по коммутации принимается Iдв пуск = 1,3÷1,5 Iдв час и соответственно, Iдв max = 1,5÷1,7 Iдв час.

Из за ограничения по сцеплению определяют среднее значение силы тяги: Fк сц пуск = 1000 mл x g x ψn, где mл – масса локомотива, g – ускорение свободного падения, ψn - коэффициент сцепления.

Затем по электротяговой характеристике по Fк сп пуск определяют I вд пуск, а по заданному Кн→Iдв max и Iдв min.

Затем изображается скоростная характеристика V(Iдв), справа от нее указываются две прямые Rп(V) при Iдв max и Iдв min, рассчитанные по способу указанному выше.

Iдв max  получаем при Rп1, если бы Rп изменялось по наклонной прямой при увеличении скорости, то это бы происходило при неизменном Iдв max. Но Rп не меняется, поэтому при увеличении V увеличивается Е, значит уменьшается Iдв, и V изменяется по кривой. При уменьшении тока до Iдв min машинист выключает секцию реостата (или выключается с помощью реле ускорения). Уменьшение Rп происходит практически при неизменной скорости до Rп2, величина которого должна быть такой, чтобы не превысить Iдв max. Увеличился Iдв, Увеличивается Fк дв и увеличивается V, и т. д. Выход на ходовую скоростную характеристику может произойти при Iдв между Iдв max и Iдв min (как в данном случае). Чтобы этого не получилось, построение начинать сверху и получим Rп1 несколько большим и Iдв пуск несколько меньшим Iдв max. Таким образом, построили пусковую диаграмму .

Чтобы построить реостатные характеристики, необходимо брать большее количество значений тока при данном Rп. Предусматриваются и другие значения Rп для получения меньших значений пускового тока для маневровых позиций, а также для переходных позиций при переход с «С» на «СП», на «П». На электровозах предусматривают 4÷8 маневровых позиций, на электропоездах – одну. Rп для электровоза = n x Rn дв / а, n – количество последовательно соединенных двигателей, а – число параллельных ветвей.

Например на ВЛ10 – 37 позиций, ходовые 16,27,37; с 1 по 8 маневровых; 17,18,19 и 28,29,30 – переходные. На переходных позициях происходит уменьшение тока, а значит и силы и тяги, и чтобы это на сказалось на разгоне поезда, машинист на задерживается на этих позициях.

24. Процессы при изменении напряжения на двигателях

Напряжение на двигателях изменяется при изменении схемы соединения двигателей (например, с «С» на «СП») или при изменении напряжения в контактной сети. При одном и том же токе Iдв:

; .

В мощных двигателях Iдв х Rдв составляет примерно 2÷4% и этими падениями напряжения можно пренебречь.

; .

На скоростной характеристике одного напряжения берем несколько точек по  Iдв и для каждой точки подсчитываем по V1 и Uдв1, Uдв2 значение V2. Получим, что при более высоком напряжении скоростная характеристика располагается выше.

Электротяговая характеристика зависимости Fк(Iдв) не зависит от величины напряжения.

Пересчет тяговой характеристики производится следующим образом: сила тяги при неизменном токе не зависит от напряжения, то при одной и той же силе тяги скорость определяется:

, и так далее для нескольких точек Fкi.

 Напряжение на ходовых позициях восьмиосных электровозов:

у шестиосных электровозов:

На электропоездах ЭР1, ЭР2 применяются две схемы соединения двигателе – последовательное и параллельное, и, соответственно напряжение:

На электропоезде ЭР22 двигатели на 750В соединяются только последовательно.

При работе по системе многих единиц (СМЕ) набор позиций и торможение производится медленнее.

25. Применение ослабления возбуждения

Скорость движения, кроме двух рассмотренных случаев, как изменение сопротивления реостата или изменение величины напряжения за счет изменения схем соединения двигателей, можно изменить за счет ослабления возбуждения (ОВ).

Ослабление возбуждения выполняется подключением параллельно обмотке возбуждения двигателя активного сопротивления. При этом, общее сопротивление цепи двигателя уменьшается, вызывая увеличение тока двигателя, и, значит, и силы тяги. Сила тяги оказывается больше сил сопротивления и скорость движения возрастает. По мере роста скорости движения противо эдс увеличивается, вызывая понижение тока.

.

В момент включения ОВ магнитный поток не меняется, т. к. Uдв = Е + Iдв х Rдв общ; Iдв х Rдв общ – величина малая, поэтому Uдв = Е или Uдв = СЕ х φ х V. Скорость движения мгновенно не меняется, поэтому в момент подключения Rш остается постоянным φ. На ЭПС применяется несколько ступеней ОВ.

 Достоинством увеличения скорости движения за счет ОВ является то, что увеличение скорости происходит без увеличения напряжения на двигателе. Чрезмерное увеличение напряжения может вызвать нарушение изоляции.

Режим ОВ характеризуется коэффициентом регулирования возбуждения β, который показывает долю тока возбуждения от тока якоря.

;  ;  ;

Наименьшее допустимое значение β для каждого двигателя устанавливается заводом-изготовителем. Расчет величины сопротивления резистора производится через коэффициент регулирования возбуждения и сопротивления обмотки возбуждения.

Последовательно с сопротивлением ослабления возбуждения включается индуктивный шунт, исключающий резкий бросок тока при езде на ослаблении возбуждения при нестационарных режимах (При отрыве кратковременном полоза токоприемника от контактного провода во время движения) который может вызвать круговой огонь по коллектору. На последней ступени ослабления возбуждения индуктивный шунт выполняет роль сопротивления ослабления возбуждения.

25.1 Перерасчет характеристик полного поля на характеристики при ослаблении возбуждения:

Скоростной: берется точка а1 на характеристике полного поля, при этом  определяется  V1  и  Iдвпп1,  определяем откладываем на оси тока и проводим вертикальную линию до пересечения с горизонталью v1 и получаем точку а1. Затем берем еще несколько точек, аналогично подсчитываем и получаем скоростную характеристику ослабления возбуждения. При этом не учитываем изменения падения напряжения в обмотках двигателя, но они незначительные и сильного влияния не оказывают.

 Электротяговой: берется точка а1 на характеристике ПП и определяем Fкпп и Iдвпп, пересчитываем и , получаем точку а2 и так далее берем несколько точек и получаем FкОВ(IдвОВ).

  Тяговой: берем произвольную точку, определяем VПП и FкПП, подсчитываем, откладываем FкОВ и получаем точку а1 при той же V1. Берем несколько точек и получаем характеристику FкОВ(V).

На электровозе ВЛ10 β = 0,75; 0,55; 0,55; 0,43; 0,36.

На электровозе ВЛ22м, электропоездах ЭР1 и ЭР2 β = 0,67; 0,50.

На электропоезде ЭР22 β = 0,76; 0,60; 0,48; 0,40; 0,33; 0,29.

26. Внешняя характеристика преобразовательной установки

На ЭПС переменного тока тяговые двигатели получают напряжение от контактной сети через трансформатор и выпрямительные установки. Для сглаживания пульсаций выпрямительного тока включают сглаживающие реакторы. В целом все эти устройства называют преобразовательной установкой.

При неизменном напряжении контактной сети напряжение на тяговых двигателях при увеличении нагрузки понижается из-за увеличения падения напряжения в обмотках трансформатора и сглаживающих реакторах, а также и в выпрямительной установке.

Напряжение на тяговых двигателях или выпрямительное напряжение:

UВ = UВО – IH · RЭ – ΔUВУ, где

UВО – выпрямительное напряжение при холостом ходе (IH = 0)

RЭ – эквивалентное сопротивление обмоток трансформатора и сглаживающих реакторов, приведённое к одному тяговому двигателю

ΔUВУ - падение напряжения в выпрямительной установке (равное не более 0,7В на вентиль)

С учётом малого значения ΔUВУ, им можно пренебречь.

UВ = UВО – IH · RЭ

Зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки тягового двигателя называется внешней характеристикой преобразовательной установки.

Внешняя характеристика преобразовательной установки имеет вид прямой наклонной линии.

В случае передачи напряжения на двигатель постоянного тока через преобразовательную установку изменяется вид скоростной электромеханической характеристики, т. к. при увеличении нагрузки величина напряжения на двигателе уже не будет оставаться постоянной, а будет понижаться из-за увеличения падения напряжения в преобразовательной установке. Это вызовет большое понижение частоты вращения якоря, но очень большое.

Зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки тягового двигателя с последовательным возбуждением

Зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки тягового двигателя с параллельным возбуждением

27. Способы регулирования скорости движения

на ЭПС переменного тока.

1. За счёт изменения величины напряжения, подаваемого на двигатели.

2. За счёт ослабления возбуждения тяговых двигателей, аналогично, как и на ЭПС постоянного тока.

На электровозах переменного тока «ЧС» величину напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, изменяют путём переключения на первичной высоковольтной обмотке силового трансформатора. Переключения происходят при малых токах, что не требует специальных дугогасительных устройств; но при высоком напряжении, поэтому переключение происходит в масляной ванне.

На отечественных электровозах и электропоездах величина напряжения подаваемого на тяговые двигатели изменяются за счёт изменения коэффициента трансформации силового трансформатора (за счёт изменения рабочих витков вторичной  обмотки силового трансформатора) путём переключения выводов вторичной обмотки силового трансформатора. Переключения происходят при относительно невысоком напряжении, но больших токах, поэтому требуется применение специальных дугогасительных устройств. Вторичная обмотка силового трансформатора состоит из регулируемой части, разделённой на несколько секций, и нерегулируемой части, напряжение на которой больше напряжения  регулируемой части. Применяется встречно-согласное соединение этих частей вторичной обмотки силового трансформатора, что позволяет увеличить количество позиций при меньшем количестве выводов вторичной обмотки трансформатора.

Переключение выводов вторичной обмотки силового трансформатора должно происходить без разрыва электрической цепи тяговых двигателей и исключить короткие замыкания переключаемых секций вторичной обмотки силового трансформатора.

На электровозах для этого используется переходный реактор. В случае замыкания на секцию вторичной обмотки силового трансформатора переходный реактор выполняет роль делителя напряжения – делит напряжение замкнутой секции пополам. В таком положении переходного реактора не допускается длительная езда для исключения его перегрева. Переходный реактор алюминиевый и не имеет принудительного охлаждения. В случае подключения к одному выводу вторичной обмотки силового трансформатора переходный реактор выполняет роль делителя тока – по его двум половинам проходят равные токи, переходный реактор не оказывает индуктивного сопротивления. В таком положении переходного реактора допускается длительное езда – ходовое позиция. Более подробнее об этом будет рассмотрено при выполнении курсовой работы.

На электропоездах переменного тока при переключении выводов вторичной обмотки силового трансформатора используется вентильный переход.

Вентили исключают короткие замыкания переключаемых секций. И при переходе с одной позиции на другую обеспечивается при этом повышение напряжения на половину напряжения одной секции.

При замкнутом только контакторе 1 напряжение на двигатель только подается в один полупериод (при направлении ЭДС во вторичной обмотке трансформатора слева - направо) и от первой секции.

 На следующей позиции замыкается контактор 9 и на двигатель будет подаваться напряжение в оба полупериода от первой секции.

Затем дополнительно замыкается контактор 2. При направлении ЭДС во вторичной обмотке силового трансформатора слева – направо напряжение на тяговые двигатели подаётся от двух секций. В другой полупериод – только от первой секции. В целом за период напряжения возросло на 0,5 напряжения второй секции.

При переходе на четвёртую позицию замыкается контактор 10, размыкается контактор 9. В оба полупериода напряжение на тяговые двигатели подаётся от двух секций вторичной обмотки трансформатора. И так далее.

В рассмотренных случаях подаваемое напряжения на тяговые двигатели изменяется скачкообразно, значит скачкообразно изменяется величина тока и сила тяги. От величины скачкообразного изменения величины напряжения зависит плавность движения поезда.

В качестве выпрямителей на электровозах стали использоваться тиристоры. Тиристор – это управляемый вентиль. Вентиль – значит пропускает ток только в одном направлении. Управляемый – начинает пропускать ток только в случае подачи сигнала на управляющей электрод тиристора. С применением тиристоров можно выполнить плавное изменение подачи напряжения подаваемого, на тяговые двигатели, а, значений, и будет плавное изменение величины тока, силы тяги и не будет толчков при движении поезда.

 Импульс подачи напряжения на открытие тиристора 0,001сек, V = 5 ÷ 10В.

Изменяя угол открытия тиристора (или время задержки открытия тиристора tз) и меняется величина подаваемого напряжения на тяговые двигатели.

28. Осевые формулы ЭПС

Осевая формула ЭПС определяет количество движущих и бегунковых колесных пар,  способ передачи  тяговых усилий.  Например, осевое формула Зо + Зо – электровоз шестиосный, имеет две трёхосные тележки, тележки сочленены (знак «+») и, значит, тяговые и тормозные усилия передаются через рамы тележек); все колесные пары движущие (знак «о»). Бегунковые колесные пары служат для передачи веса локомотива на железнодорожный путь и для лучшего вписывания локомотива в кривые участки пути.

2о-2о→ВЛЧ0, ВЛЧ1

3о+3о→ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22М, ВЛ23

3о-3о→ВЛ60, ВЛ60к

2о+2о+2о+2о или 2(2о+2о) →ВЛ8

2(2о-2о)→ВЛ10,ВЛ11,ВЛ12,ВЛ80,ВЛ80к, ВЛ80а, ВЛ80р, ВЛ80т, ВЛ80в,

ВЛ80с, ВЛ82,ВЛ82м

2(2о-2о-2о) →ВЛ15, ВЛ85, ВЛ86.

В европейских странах цифра 3 заменяется буквой “С“, цифра 2 – буквой D в осевых формулах электроподвижного состава.

В США в осевых формулах электроподвижного состава указывается не количество осей, а количество колес.

Составность электропоездов:

ЭР1÷ЭР9→2Г+5М+3П(Г+2М+П+М+П+М+П+М+Г)

ЭР22→2(ГМ+2П+ГМ)

Г - головной, М - моторный, П - прицепной, Гм-головной моторный.

 

доцент НФ РГОТУПС

28 августа 2008г.

Контрольные вопросы

по дисциплине «Электрические железные дороги»

для специальности 181400

«Электрический транспорт железных дорог» (ЭПС)

1.  Осевые формулы ЭПС.

2.  Общая схема внешнего электроснабжения.

3.  Общая схема тягового электроснабжения.

4.  Основные элементы контактной сети и и

5.  Структурная схема силовой цепи ЭПС переменного тока и элементы, входящие в нее. х разновидности.

6.  Структурная схема силовой цепи ЭПС постоянного тока и элементы, входящие в нее.

7.  Рамы тележек, их назначение, условия работы и классификация.

8.  Устройство, формирование, условия работы колесных пар ЭПС.

9.  Назначение, устройство и условия работы буксовых узлов ЭПС.

10.  Назначение, устройство и условия работы рессорного подвешивания ЭПС. Жесткость пружин и рессор.

11.  Назначение, классификация и принцип работы гасителей колебаний ЭПС.

12.  Способы подвешивания тяговых двигателей. Назначение и условия работы тягового привода.

13.  Основные требования к расположению электрооборудования на ЭПС.

14.  Назначение и принцип действия токоприемника.

15.  Назначение и принцип действия быстродействующего выключателя.

16.  Назначение и принцип действия главного выключателя.

17.  Назначение и принцип действия электромагнитного контактора.

18.  Назначение и принцип действия электропневматического контактора.

19.  Тяговые аппараты ЭПС переменного тока.

20.  Аппараты защиты ЭПС переменного тока.

21.  Процесс изменения скорости движения ЭПС постоянного тока. Особенности реостатного пуска.

22.  Расчет ступеней пускового реостата и построение пусковой диаграммы.

23.  Способы регулирования скорости движения ЭПС постоянного тока.

24.  Схемы выпрямления переменного тока.

25.  Внешняя характеристика преобразовательной установки.

26.  Способы регулирования скорости движения ЭПС переменного тока.

27.  Регулирование возбуждения тяговых двигателей ЭПС. Принцип расчета сопротивления шунтирующих резисторов.

28.  Влияние изменения диаметра бандажей движущих

29.  Перерасчет электротяговых и тяговой характеристик с НВ на ОВ.

30.  Влияние изменения величины напряжения тяговых двигателей на электротяговые и тяговую характеристики.

31.  Влияние изменения передаточного отношения зубчатой передачи на электротяговые и тяговую характеристики. колесных пар на электротяговые и тяговую характеристики.

32.  Образование силы тяги, развиваемой колесной парой.

33.  Механическое торможение поезда.

34.  Сопротивления движению поезда.

35.  Уравнение движения поезда и его анализ.

36.  Расчет и построение диаграмм удельных ускоряющих и замедляющих сил.

37.  Методы решения уравнения движения поезда.

38.  Решение уравнения движения поезда аналитическим методом.

39.  Решение уравнения движения поезда графическим методом.

40.  Решение уравнения движения поезда методом установившихся скоростей.