Методические указания к лабораторной работе №3: «Проверка проводов контактной подвески на нагревание»

Методические указания к лабораторной работе №3: «Проверка проводов контактной подвески на нагревание».

В курсовом проекте по дисциплине «Основы компьютерного проектирования и моделирования устройств электроснабжения» было определено экономическое сечение контактной сети и составлена формула контактной подвески электрифицируемого участка.

В дисциплине «Математическое моделирование систем и процессов» реализована возможность выполнения проверки проводов контактной подвески на нагрев на основе имитационного моделирования процесса работы системы тягового электроснабжения.

Проверка проводов контактной сети на нагрев – цель данной лабораторной работы.

Теоретические сведения к работе.

Уравнение нагревания твёрдого тела.

Постоянная времени нагрева и установившееся значения превышения температуры провода над температурой окружающей среды.

W – коэффициент теплоотдачи,

С – теплоёмкость провода,

С учётом изменения сопротивления провода от температуры.

– коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления провода при увеличении температуры на один градус Цельсия.

Уравнение нагревания провода, приведённое к виду, удобному для интегрирования численными методами имеет вид

Построение S-модели для решения дифференциального уравнения нагревания контактного провода

Рисунок 1. Пример структурной схемы S-модели для расчёта температуры нагрева контактного провода при нагреве длительно допустимым током.

Рисунок 2. Результат расчёта температуры нагрева провода при постоянном допустимом токе.

Рисунок 3. Пример структурной схемы S-модели для расчёта температуры нагрева контактного провода при нагреве током, полученным в результате работы имитационной модели.

Рисунок 4. Результат расчёта температуры нагрева провода при реализации эксперимента на имитационной модели.

Решение дифференциального уравнения нагревания провода в общем виде.

Начальные условия.

Первый вид решения уравнения

Второй вид решения уравнения

Третий вид решения уравнения

Для второго вида общее решение уравнения будет выглядеть следующим образом

Задание на выполнение лабораторной работы.

Описать результаты расчёта экономического сечения контактной сети и формулу контактной подвески в экспресс-проекте. Внести исходные данные в функцию InitFcn Callbacks свойств модели параметры контактного провода МФ-100

Таблица 1. Электрические и тепловые параметры контактного провода МФ-100

Название параметра	Обозначение	Значение
Коэффициент теплоотдачи	W,	1,47
Омическое сопротивление при 20
Удельная теплоёмкость	c,	0,38
Плотность материала	,	8,9
Коэффициент увеличения сопротивления		0,004
Теплоёмкость	sc,	348

Записать в блок 1-D Lookup Table ток фидера тяговой подстанции №1, полученного по результатам имитационного моделирования; Построить S-модель для расчёта температуры нагрева контактного провода; Выполнить эксперимент при постоянном допустимом токе контактного провода; Выполнить эксперимент при изменяющемся токе, полученном в имитационной модели; Определить максимальную 20-ти минутную температуру контактного провода, используя метод скользящего усреднения, разработанный ранее для определения минимального среднего напряжения на токоприёмнике электропоезда; Определить максимальную 3-х минутную температуру контактного провода, используя метод скользящего усреднения, разработанный ранее для определения минимального среднего напряжения на токоприёмнике электропоезда Составить отчёт по работе, включив в него:

Информацию об эконмическом сечении контактной сети и формуле контактной подвески; Математическую формулировку задачи; S-модели для расчёта процесса нагрева контактного провода при номинальном токе и токе фидера, полученном при имитационном моделировании; Осциллограммы нагрева контактного провода; Результаты статистической обработки осциллограмм – значения 20-минутной и 3-х минутной максимальных температур контактного провода.

Сделать вывод о результатах проверки контактных проводов по нагреву.

Дополнительное задание по указанию преподавателя.

Выполнить расчёт температуры контактного провода по общему решению дифференциального уравнения нагрева контактного провода в системе MathCad; Сравнить результаты с результатами, полученными на S-моделях.