Системи тягового автоматизованого електропривода

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Транспорт, грузоперевозки
  • Язык:
    Украинский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    919,43 Кб
  • Опубликовано:
    2012-10-04
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Системи тягового автоматизованого електропривода

Зміст

1.     Вихідні дані

2.       Вибір та обґрунтування силової схеми тягового електропривода для заданого типу локомотива

.        Вибір та обґрунтування схеми автономного інвертора напруги

.        Розрахунок та побудування тягових та регулювальних характеристик для трьох зон регулювання

Висновки

Перелік використаної літератури

1. Вихідні дані

Тип локомотива ВЛ82

Тип ТАД НБ607

 715

Технічні параметри тягового асинхронного двигуна:

Конструкційний коефіцієнт -  201

Число фаз - m 3

Кількість полюсів - 2р 6

Потужність - Р, кВт 720

Фазна напруга - , В 750

Струм - , А 515

Базова частота - , Гц 51,5

Частота ковзання - , Гц 0,511

Коефіцієнт потужності - cosφ1 0,85

Активний опір статора - , Ом 0,016

Активний опір ротора, приведений до опору статора - , Ом 0,016

Реактивний опір розсіювання статора - , Ом 0,11

Реактивний опір розсіювання ротора, приведений до опору статора - , Ом 0,188

Частота обертання - n, об/хв. 1015

ККД - η, в.о. 0,94

2.   Вибір та обґрунтування силової схеми тягового електропривода

Силова схема тягового електропривода повинна забезпечувати роботу АТД в режимах тяги та електричного рекуперативного, реостатного або рекуперативно-реостатного гальмування у всьому діапазоні змінення швидкості руху. При цьому перехід від одного режиму роботи до іншого не повинен супроводжуватися стрибкоподібними змінами сил, які діють на потяг.

Для можливості реалізації тяговим двигуном будь-якої характеристики в областях, обмежених граничними тяговою і гальмівною характеристиками, перетворювач повинен забезпечувати незалежне регулювання частоти струму статора АТД в діапазоні від 0,5-1,0 до 100-150 Гц і амплітуди першої гармоніки напруги на обмотках двигуна від мінімальної, з урахуванням компенсації падіння напруги на обмотках статора, до максимальної, рівної або яка перевищує номінальні напругу статора.

Силова схема ЕРС може складатися з вхідного та вихідного перетворювачів, які призначені відповідно для того, щоб регулювати вихідну напругу та перетворювати напругу однієї частоти в напругу іншої частоти.

В ролі вхідного перетворювача для ЕРС постійного струму, може використовуватися імпульсний перетворювач, де зміна напруги може бути здійснена методами широтно-імпульсного або частотно-імпульсного регулювання, для ЕРС змінного струму вхідним перетворювачем може бути некерований, керований випрямляч або чотириквадрантний перетворювач, а вихідним в обох випадках є автономний інвертор напруги (АІН).

При виборі того або іншого варіанта вхідного і вихідного перетворювачів потрібно виходити з конкретного типу ЕРС та умов роботи асинхронного тягового привода і забезпечення необхідних техніко-економічних показників.

Електровоз ВЛ-85 був спроектований, як вантажний електровоз змінного струму. Висмивісні двосекційні електровози змінного струму ВЛ85, обладнаний колекторними тяговими електродвигунами, і експлуатується на залізничних лініях, електрифікованих на змінному струмі напругою 25 кВ 50 Гц. Електровоз ВЛ85 обладнаний рекуперативним гальмуванням.

Основні недоліки тягового електроприводу постійного струму :

наявність колектора,

необхідність профілактичного обслуговування колекторно-щіточних вузлів,

обмежений термін служби через зношення колектора,

наявність ковзаю чого контакту між щіткою і колектором,

ковзаючий контакт є джерелом радіоперешкод,

спотворення магнітного поля, самоіндукції і т.д.,

високий ризик пробою колектора чи обмотки.

3. Вибір та обґрунтування схеми автономного інвертора напруги

АІН, перетворювачі постійної напруги в змінну, набули широкого розповсюдження в тяговому і промисловому частотно-регульованому електроприводі з АД. АІН формують на виході змінну напругу заданої прямокутно-ступінчастої форми, а форма кривої струму визначається властивостями навантаження.

Досягнення високих динамічних показників привода вимагають, щоб швидкодія перетворювачів була на порядок більше, ніж швидкість протікання електромагнітних процесів в АТД, а для реалізації граничних за умовами зчеплення коліс з рейками сил тяги (гальмування) перетворювач повинен витримувати короткочасні перенавантаження по струму.

Кращі результати можуть бути отримані при використанні тиристорів і діодів з такими параметрами по струму і напрузі, які дозволяють застосовувати в плечі АІН один напівпровідниковий прилад.

Дискретність процесів перетворення викликає значні пульсації електормагнітного моменту АТД, а імпульсний характер споживання потужності від джерела первинно електропостачання робить заважаючий вплив на інших споживачів, а також пристрої СЦБ та зв`язку. Тому перетворювачі повинні забезпечувати таку форму напруги та струму на АТД, які не приводили б до значних зростань втрат в двигуні, виключали динамічні навантаження на механічну передачу привода.

Чисельні дослідження останніх років показали, що оптимальними характеристиками для електричної тяги володіє асинхронний тяговий привід (АТП) з автономними інверторами напруги на базі силових високовольтних модулів з використанням IGBT-транзисторів і системи широтно-імпульсної модуляції. Широко відомі зарубіжні фірми «Simens», «Adtrans» та інші ведуть інтенсивні розробки в цьому напрямі.

Напівпровідникові перетворювачі служать для перетворення параметрів електричної енергії, що поступає від джерела до споживача - навантаження. При цьому в силових напівпровідникових перетворювачах використовуються напівпровідникові ключі (тиристори, транзистори), які відповідно до сигналів управління сполучають відповідні виводи джерела і споживача. У загальному випадку джерела і споживачі можуть мати складну електричну схему і містять декілька фаз.

Фазний модуль є однією половинкою мостової схеми, що пояснює використання терміну «напівмостова» схема включення транзисторів (іноді зустрічається термін «напівміст»).

Вибираючи один із варіантів, необхідно отримати форму кривої фазної напруги, яка має вміст першої гармоніки у загальному дійсному значенні, забезпечує умову повної електромагнітної сумісності автономного інвертора напруги та асинхронного тягового електродвигуна у всіх робочих режимах. Також необхідно зазначити, що всі комутуючі елементи для комутаційного захисту забезпечують снабберами.

Автономний інвертор - це перетворювачі постійного струму в змінний однофазний або багатофазний струм, комутація струму в яких відбувається незалежно від процесів в зовнішніх електричних колах завдяки допоміжних комутуючих приладів всередині самого перетворювача. Одним з найбільш перспективних напрямків удосконалення сучасних систем асинхронного електропривода є застосування трифазних тягових блоків АІН - АД.

 

Рисунок 2.1 - Трифазний трирівневий інвертор

У сукупності всі нові технічні рішення, а також оптимальні алгоритми автоматичного управління БАСУ, МПСУ і системи безпеки дозволяють отримати наступні техніко-економічні переваги:

- підвищення тягово-енергетичних і експлуатаційних показників (зниження споживання електроенергії на 25 - 35 %, експлуатаційних витрат на планові і непланові ремонти 30 - 40 %);

уніфікація тягових асинхронних приводів, мікропроцесорних систем управління, моторних візків і іншого устаткування для приміських електропоїздів постійного і змінного струму, а також подвійного живлення і експресів підвищеної комфортності місцевого сполучення для швидкостей до 160 км/г.

4.   Розрахунок та побудування тягових та регулювальних характеристик для трьох зон регулювання

Розрахунок струму статора для трьох зон регулювання

Розрахунок значення електрорухомої сили ротора ,

 

 (4.1)

де      - постійна конструкційна машини ;

 - номінальний магнітний потік;

 - номінальна частота струму статора (базова частота).


Розрахунок номінального значення індуктивного опору ,Ом,


де      - струм намагнічування.

Але, так як, даний нам у відносних одиницях ,то треба його перевести в Ампери.

Передаточний коефіцієнт для номінального режиму ,


Де     - номінальний струм двигуна.


Таким чином отримуємо:

Таблиця 4.1

73,0152

146,0304

182,538

219,0456

292,0608

Ф, Вб

0,0291

0,0546

0,0635

0,0712

0,0805


Тоді:


Розрахунок передаточного коефіцієнта


Розрахунок величини фазного струму статора



Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.2 та будуємо графіки таких залежностей:    а також графік залежності  та її апроксимацію.

Таблиця 4.2

Параметри

Крок

, Вб

, В

, Ом

, А

Результати розрахунків

1

0,0291

301,2286

73,0152

4,12556

0,1409

206,5294

2

0,0546

565,1919

146,0304

3,87

0,132

413,6363

3

0,0635

657,32

182,538

3,601

0,12299

516,3021

4

0,0712

737,0268

219,0456

3,3647

0,11492

619,5614

5

0,0805

833,2957

292,0608

2,853

0,09744

826,1494


Рисунок 4. 1 Залежність

Рисунок 4. 2 Залежність

Рисунок 4. 3 Залежність

Рисунок 4. 4 Залежність

Рисунок 4. 5 Залежність  та ії апроксимацію

Розрахунок першої зони - зони пуску, заданому закону регулювання

=const, , , .

Початкові умови розрахунку в І зоні

 

де     V - швидкість руху електропоїзда;

β - параметр абсолютного ковзання (відносна частота струму ротора);

α - відносна частота струму статора.

 

Кінцеві умови розрахунку в І зоні

 

де     Р - активна потужність на вході двигуна;

 - максимальна активна потужність на вході двигуна;

 - швидкість електропоїзда в кінці І зони;

 - фазна напруга.

Розрахунок коефіцієнтів розсіювання.


де      - індуктивний опір статора;

 - приведений індуктивний опір ротора.


Розрахунок параметра абсолютного ковзання

 

Де  - приведений активний опір статора.

Величину  беремо для заданого значення  із побудованих графіків.

Розрахунок пускової потужності

де  - кількість фаз машини;

 - активний опір статора;

 - проміжна величина.


.

Визначення кроку розрахунку тягових характеристик в першій зоні


де  - приріст потужності;

 - кількість точок розрахунку,.

 Вт

Розрахунок відносної частоти статора


де  - поточне значення активної потужності, підведеної до ТАД:


де і - коефіцієнт потужності, і=0,1,2,…,n.

Частота струму статора


Частота струму ротора


Електромагнітний момент


де  - синхронна швидкість при номінальній частоті:


 Гц

 Вт

Тягове зусилля електропоїзда

 

де  - передаточне число тягового редуктора;

 - кількість тягових двигунів;

 - ККД тягового редуктора;

 - діаметр колеса.

Кн

Кутова швидкість ротора


Швидкість руху електропоїзда

 

Приведене значення електрорухомої сили ротора

 

Напруга статора

де  - промыжна величина;


Коефіцієнт потужності двигуна


Струм в колі постійної напруги


де    - коефіцієнт схеми інвертора.

Напруга в колі постійної напруги


де  - ККД інвертора,який враховує тільки втрати в колі головних резисторів.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.4

Таблиця 4.4 - Розрахунок першої зони регулювання. І1 = const ,

Параметри

Результати розрахунку

Рi,кВт

43,738

118,878

194,018

269,158

344,29

419,43

494,579

569,719

644,85

720

α

0,0130

0,0639

0,1148

0,1656

0,2165

0,2674

0,3183

0,3691

0,4200

0,4709

f1,Гц

0,6695

3,2897

5,9099

8,5301

11,15

13,77

16,3908

19,011

21,631

24,251

β

0.013

f2,Гц

0.6695

ω,рад/с

0.00

5,48

10,97

16,46

21,95

27,43

32,92

38,41

43,9

49,38

V,км/ч

0.00

2,94

5,89

8,84

11,78

14,73

17,6811

20,62

23,57

26,52

М,кНм

13692,4928

F,кН

719,6774

I1

715

Ф1,Вб

0,0757

Е1

10,1915

50,0778

89,9641

129,85

169,73

209,62

249,509

289,3955

329,28

369,16

А(α,β)* *10-6 Ом2

0,19

1,66

4,64

9,11

15,09

22,57

31,54

42,02

54

67,49

U1

21,2519

62,7481

104,7655

146,857

188,97

231,1

273,235

315,3732

399,65

Ud,В

48,1902

142,2860

237,5635

333,01

428,51

524,04

619,582

715,1319

810,68

906,24

Id,A

926,1369

852,5395

833,3692

824,755

819,87

816,72

814,537

812,922

811,68

810,7

cos(φ)

0,959

0,883

0,863

0,854

0,849

0,846

0,843

0,842

0,84

0,8398


Розрахунок другої зони - зони постійної потужності


Початкові умови розрахунку в другій зоні


де  - величина магнітного потоку в кінці першої зони регулювання;

 - величина магнітного потоку на початку другої зони регулювання.

Кінцеві умови розрахунку в другій зоні


де   - максимальне значення діючої напруги статора.

Визначення кроку розрахунку тягових характеристик в другій зоні


де                    - величина магнітного потоку в кінці другої зони регулювання, приймаємо,

 - із кривої намагнічування ТАД;

n - кількість точок розрахунку.

Визначення поточного значення магнітного потоку


де j - номер кроку розрахунку.

Розрахунок поточного значення фазного струму двигуна


Величину k1 отримати для поточного значення Фj із побудованих в графіків.

Величину Х отримати із графіків побудованих для поточного значення магнітного потоку Фj.

Розрахунок відносної частоти статора

 

де  - поточне значення абсолютного ковзання;

 - Поточне значення проміжної величини ,яке можна розрахувати за формулою (4.16).

Електромагнітний момент двигуна.


Розраховуємо тягове зусилля локомотива.

Розраховуємо кутову швидкість ротора.

Розраховуємо швидкість руху локомотива.

Розраховуємо значення електрорухомої сили ротора.

Розраховуємо напругу статора.

Коефіцієнт потужності двигуна.


Розраховуємо струм в колі постійної напруги.

Напруга в колі постійної напруги


Контроль величини напруги

Розрахунок другої зони регулювання ведеться до величини:


де  - похибка розрахунку напруги (таблиця 4.5).

При досягненні величини  продовжити виконання розрахунку, змінивши величину DФ.

Повинні виконуватись також наступні умови:


де  - максимально допустима швидкість;

 - максимальне значення відносної частоти статора;



Таблиця 4.5 - Розрахунок другої зони регулювання. P1 = const , Ф = k1 I1

Параметри

Результати розрахунку

 

Рi,кВт

720

 

α

0,473

0,5291

0,5801

0,6337

0,6889

0,7483

0,8178

0,9009

0,9865

1,0868

f1,Гц

24,359

27,2484

29,8768

32,6337

35,4799

38,539

42,117

46,395

50,8032

55,968

β

0,0131

0,0124

0,0121

0,0118

0,0116

0,0114

0,0112

0,0109

0,0107

0,0105

f2,Гц

0,6732

0,6399

0,6212

0,6063

0,5955

0,5866

0,5755

0,5615

0,5524

0,5416

ω,рад/с

49,6

55,72

61,27

67,07

73,06

79,48

87

95,993

105,243

116,08

V,км/ч

26,63

29,92

32,9

36,02

39,23

42,68

46,72

51,54

56,51

62,33

М,кНм

13631,99

12249,47

11210,32

10292

9487,81

8751,8

8024,0

7298,5

6675,71

6068,5

F,кН

716,4978

643,8326

589,2145

540,9476

498,679

459,99

421,74

383,61

350,875

318,96

Ф1,Вб

0,0757

0,0735

0,0713

0,0692

0,067

0,0648

0,0626

0,0604

0,0583

0,0561

I1

715

660,6

621,4

587,6

558,6

532

504,2

474,4

449,5

424,5

Е1

370,6388

402,6639

428,4135

453,6461

477,665

501,96

530,11

563,63

594,918

630,88

А(α,β)* *10-6 Ом2

68,1385

84,0157

100,0518

118,4744

139,230

163,46

194,16

234,17

279,530

337,8

U1

399,5875

431,4086

457,0984

482,4304

506,668

531,26

559,72

593,53

625,239

661,81

Ud,В

906,0941

978,2507

1036,504

1093,946

1148,90

1204,6

1269,2

1345,8

1417,77

1500,7

Id,A

810,8362

751,0282

708,8189

671,5995

639,471

609,86

578,85

545,88

518,201

489,56

cos(φ)

0,839

0,842

0,844

0,846

0,847

0,849

0,85

0,852

0,853

0,854


Розрахунок третьої зони - зони ослаблення поля


Початкові умови розрахунку в третій зоні


Для зони постійної потужності параметр абсолютного ковзання дорівнює:


де  - закон регулювання в І та ІІ зонах регулювання.

Для зони обмеженої напруги параметр абсолютного ковзання дорівнює:


де                          - закон регулювання в ІІІ зоні регулювання.

Значення a частота переходу з другої зони в третю.


Максимальне значення відносної частоти статора визначається із умови статичної стійкості тягового приводу по наступній формулі:


оефіцієнт потужності двигуна при роботі по закону (4.50) дорівнює:



Потужність, яка споживається тяговим двигуном:


Розрахунок фазної напруги:


Розраховуємо частоту струму статора.

Розраховуємо частоту струму ротора.

Знаходимо електромагнітний момент.

Визначаємо тягове зусилля електровоза.

Визначаємо кутову швидкість ротора.

Визначаємо швидкість руху електровоза.

Величину магнітного потоку тягового двигуна для третьої зони розраховуємо за формулою:


Розраховуємо приведене значення електрорушійної сили ротора.

Визначаємо струм в колі постійної напруги.

Знаходимо напругу в колі постійної напруги.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.6

Таблиця 4.6 - Розрахунок третьої зони регулювання. ;

Параметри

Результати розрахунку

Рi,кВт

720

α

1,0868

1,1595

1,2322

1,305

1,3777

1,4504

1,5231

1,5959

1,6686

1,7413

f1,Гц

55,9702

59,7154

63,4607

67,2059

70,9511

74,696

78,441

82,186

85,9321

89,677

f2,Гц

0,54075

0,5665

0,59225

0,618

0,64375

0,6695

0,6952

0,721

0,74675

0,7725

ω,рад/с

116,0897

123,8797

131,6697

139,4596

147,249

155,03

162,82

170,61

178,4

186,19

V,км/ч

62,3323

66,515

70,6977

74,8803

79,063

83,245

91,611

95,7938

99,976

М,кНм

6068,39

5688,04

5352,583

5054,515

4787,91

4548

4331

4133,8

3953,89

3788,9

F,кН

318,987

298,9937

281,3603

265,6923

251,678

239,06

227,66

217,29

207,837

199,16

Ф1,Вб

0,0428

0,0397

0,037

0,0347

0,0327

0,0309

0,0293

0,0279

0,0267

0,0256

I1

424,5

423,7403

422,9806

422,2210

421,461

420,7

419,94

419,18

418,422

417,66

Е1

481,5860

476,9498

473,0259

469,7378

467,032

464,87

463,26

462,19

461,69

461,8

А(α,β)* *10-6 Ом2

68,1385

84,0157

100,0518

118,4744

139,2307

163,4603

194,1685

234,1782

279,5308

337,8082

U1

661,425

656,387

652,4168

649,4202

647,338

646,14

645,84

646,46

648,076

650,79

Ud,В

1498,99

1478,888

1463,676

1452,871

1446,17

1443,4

1444,6

1450

1459,99

1474,9

Id,A

490,1257

496,7878

501,9509

505,684

508,025

508,98

508,54

506,65

503,215

498,1

cos(φ)

0,8553

0,8684

0,879

0,8872

0,8929

0,8962

0,897

0,895

0,89

0,883


Будуємо графіки наступних залежностей:


Рисунок 4.7 Залежність

Рисунок 4.8 Залежність

Рисунок 4.9 Залежність

Рисунок 4.10 Залежність ,

Рисунок 4.11 Залежність ,

Рисунок 4.11 Залежність cosφ=f(V)

Висновки

тяговий електропривод електровоз двигун

В даному курсовому проекті був проведений розрахунок тягових і регулювальних характеристик асинхронного електроприводу електровозу ВЛ85 з трифазним асинхронним тяговим двигуном НБ514 в зонах пуску, постійної потужності і в зоні ослаблення поля

Застосування асинхронного електроприводу на електровозі ВЛ85 дозволяє в значній мірі знизити експлуатаційні витрати: зменшити споживання електроенергії на тягу поїздів, спростити технічне обслуговування і ремонт, підвищуючи при цьому регулювальні і тягові властивості електровозу.

Перелік використаної літератури

1.   “Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення ДСТУ 3008-95”. - Київ.: Держстандарт України, 1995. - 36 с.

.     Коновалов Є.В. Студентська навчальна звітність: Графічні конструкторські документи. Загальні вимоги до побудови, викладання та оформлення: Методичний посібник з додержанням вимог нормоконтролю (нормативних документів) у студентській навчальній звітності. Розділ 2. - Х.: УкрДАЗТ, 2006. - 34с.

.     Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями /Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, В.В. Литовченко, Ю.Г. Быков, 1991.- 336с.

.     Теория электрической тяги / В.Е.Розенфельд, И.П.Исаев, Н.Н.Сидоров, М.И.Озеров; Под ред. И.П.Исаева. - М.: Транспорт, 1995. - 294 с.

.     Сандлер А.С. и Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронними двигателями. - М.-Л.: издательство „Энергия”, 1966. - 144 с.


Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!