Электровоз модели: ЭП-1

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ростовский государственный  университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

 

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

 

Пояснительная записка  по курсовой работе

по дисциплине «ПСЖД»

на тему: «Электровоз модели: ЭП-1»

 

 

 

 

Выполнил студент:     ______________________                  Гребенников Д.В.

группы МТС-2-648       

 

Принял:                  _____________________                           Коновалов П. Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

 

 

 

Содержание

Введение

1 Методика  выполнения работы

1.1 Определение  мощности тяговых двигателей.

1.2 Упрощенные  силовые электрические схемы  электровозов постоянного

      и однофазно-постоянного тока.

1.3 Расчет  и построение тяговых характеристик  электровозов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электрификация железных дорог  в СССР началась в 1926 г. Тогда был  электрифицирован пригородный участок  Баку — Сабунчи — Сураханы Азербайджанской дороги на постоянном токе при напря¬жении в контактном проводе 1200 В. Следующий участок, также пригородный, Москва—Мытищи Московской дороги был электрифи¬цирован в 1929 г. на постоянном токе при напряжении в контактном проводе 1500 В.

В  июне   1931 г. на состоявшемся  Пленуме ЦК  ВКП (б) была принята  резолюция по вопросу «Железнодорожный транспорт и его очередные  задачи». Пленум ЦК ВКП (б) постановил: «Признать, что ведущим звеном реконструкции  железнодорожного транспорта в перспективе  его развития является электрификация железных до¬рог». В той же резолюции было отмечено: «Пленум подчеркивает особое народнохозяйственное значение дела электрификации желез¬ных дорог и предлагает ВСНХ в полной мере обеспечить развертыва¬ние промышленности для выполнения этого плана». Планы Комму¬нистической партии успешно выполняются.

Электрификация первого магистрального участка, главным обра¬зом для грузового движения, Хашури—Зестафони Закавказской дороги на постоянном токе при напряжении 3 кВ была осуществлена в 1932 г. Электрификация железных дорог на напряжении 3 кВ постоянного тока, прогрессивном для того времени, продолжалась включительно до конца 1959 г. На начало 1982 г. на электрическую тягу переведено около 44 тыс. км, из которых свыше 18 тыс.км на переменном токе напряжения 25 кВ и частоты 50 Гц.

Производство электропоездов для  пригородных участков электри-фицированных железных дорог было организовано на московском заводе «Динамо» и Мытищинском вагоностроительном заводе, а производство электровозов ВЛ19 и ВЛ22 для магистральных уча¬стков, начиная с 1932 г.,— на московском заводе «Динамо» и Коло¬менском машиностроительном заводе. В 1934 г. на московском заводе «Динамо» им. Кирова начались работы по созданию электро¬возов переменного тока промышленной частоты 50 Гц при высоком напряжении в контактном проводе. Основными достоинствами систе¬мы электрической тяги на переменном токе являются: простота тяговых подстанций, большая экономия цветных металлов и лучшие тяговые свойства электровозов, что при прочих равных условиях достигается постоянным параллельным соединением тяговых двига¬телей.

Однако создание электровозов переменного  тока в те годы было исключительно  трудным делом. Для этого требовались, прежде всего, приемлемые в условиях железных дорог выпрямители —  ионные или

электронные вентили большой мощности. Отсутствие таких вентилей было основным препятствием для применения переменного  тока при электрификации железных дорог. Работы завода «Динамо» им. Кирова по созданию первого электровоза переменного  тока промыш¬ленной частоты 50 Гц при напряжении 20 кВ в контактном проводе были закончены в 1938 г. выпуском опытного образца мощностью 2000 кВт. На этом электровозе типа ОР (однофазный ртутный) был установлен металлический многоанодный ртутный выпрямитель с откачной системой для поддержания вакуума и сеточным регулирова¬нием.

Классификация электровозов и принятые обозначения

по роду тока различают электровозы  постоянного и переменного тока. На электровозах постоянного тока изоляция всех силовых и вспомогательных  устройств должна быть рассчитана на рабочее напряжение сети 3 кВ. На электровозах переменного тока имеются понижающие трансформаторы, поэтому рабочее напряжение тяговых двигателей и вспомогательных машин может быть выбрано независимо от напряжения сети, т. е. изоляция их будет рассчитана на меньшее напряжение. Это позволяет при прочих равных условиях применять тяговые двигатели более высокой мощности.

Электровозы различают также по назначению — грузовые, пасса-жирские, маневровые и, кроме того, по числу осей — четырех-, шести - и восьмиосные.

Всем электровозам отечественного производства присвоено обоз-начение В Л в честь Владимира Ильича Ленина. Номер в наименова¬нии соответствует определенным типам электровозов: от 1 до 18 — восьмиосные постоянного тока (например, ВЛ8, ВЛ10), от 19 до 39 — шестиосные постоянного тока (ВЛ19, ВЛ23); от 40 до 59 — четырехосные переменного тока (ВЛ40, ВЛ41); от 60 до 79 — шестиосные переменного тока (ВЛ60К); от 80 — восьмиосные пере¬менного тока и двойного питания (ВЛ80К, ВЛ82М).

На электровозах, помимо механического, может быть применено электрическое торможение. Различают электрическое торможение рекуперативное и реостатное. К обозначению серии электровозов с рекуперативным торможением добавляют букву «р», а с реостат¬ным—   букву «т»: например, ВЛ80р, ВЛ80т.

В Советском Союзе на электрифицированных  линиях железных дорог находятся  в эксплуатации электровозы переменного  тока грузовые ВЛ80к, ВЛ80г, ВЛ80т, ВЛ80С, ВЛ60К, ВЛ60Р и пассажирские ЧС4 , а также двойного питания ВЛ82, ВЛ82М

 

1 Методика выполнения работы

1.1 Определение  мощности тяговых двигателей.

 Мощность тяговых двигателей постоянного тока определим по расчетному подъему и конструкционной скорости электровоза. Сначала определим расчетную скорость V_P , км/ч на расчетном подъеме , .

 

 

 

 

 

Затем необходимо определить расчетную силу тяги F_эр, которую должен развивать электровоз, преодолевая, кроме крутизны подъема , основное сопротивление W₀, Н:

 

 

 

где W₀ – основное удельное сопротивление движению поезда, н/кН;

g – ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с².

 

 

 

где  – основное удельное сопротивление движению электровоза, Н/кН;

 – основное удельное сопротивление  движению грузового вагона,  
    Н/кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По найденному значению силы тяги определим мощность , кВт электровозов  постоянного тока, однофазно-постоянного тока со ступенчатым и плавным (тиристорным) регулированием напряжения на ТЭД:

 

 

 

 

 

Часовую (номинальную) мощность единичную тягового двигателя рассчитываем по выражению:

 

 

 

 

 

 

где – число двигателей электровоза; для всех вариантов принимаем, = 8; К_пэ= (1.35 … 1.4) – коэффициент эксплуатационной перегрузки ТЭД. Мощность единичного ТЭД каждого из названных электровозов не должна превышать более 1000 кВт. Учитывая это, необходимо определить по количество 8-осных электровозов постоянного или однофазно-постоянного тока.

Определяем количество восьмиосных локомотивов:

 

 

 

Делаем  проверка запаса мощности тягового электродвигателя:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Упрощенные силовые электрические схемы электровозов

постоянного и однофазно-постоянного  тока.

На всех отечественных  электровозах постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15) тяговые двигатели  групповыми переключателями соединяют  сначала последовательно (С), затем  последовательно – параллельно (СП) и параллельно (П). Такие пересоединения позволяют изменять напряжение, прикладываемое к каждому ТЭД 6-осного электровоза, из которых видно, что при выведенных пусковых резисторах R_п напряжение на ТЭД возрастает от 500 до 1500 В. Пусковые резисторы предназначены для постоянного увеличения напряжения от (40-60)В на 1-й позиции до 500 В СЕРИЕСНОГО (С)  соединения ТЭД, затем до 750 В на «СП» и до 1500 В на  «П». В таблице 2 представлены величины напряжений на каждом ТЭД 6-осного электровоза, согласно рисунку 1. Необходимо заполнить таблицу соответствующими значениями напряжений на ТЭД 8-осного электровоза.

 

Рисунок 1 – Схемы группировок тяговых электродвигателей

электровоза постоянного тока

 

Таблица 2 – Величина напряжений на тяговых двигателях электровозов

 постоянного тока

 

Серия  электровоза	ВЛ23			ВЛ11
Соединение тяговых двигателей	с	сп	п	с	сп	п
Число двигателей, соединенных  последовательно,	6	3	2	8	4	2
Напряжение на тяговых двигателях при Rп = 0; Uд, В	500	100	1500	125	250	500

 

 

Подведенное напряжение от контактной сети в системе электрической  тяги на постоянном токе регулируется путем изменения числа последовательно  соединенных ТЭД. Коэффициент преобразования напряжения сети (U_сн=3000 В) имеет вид К_u=1/   ( – см. таблицу 2).

Регулирование напряжения, подведенного к ТЭД в системе электрической  тяги на переменном токе (U_сн=25000 В), осуществляется путем изменения коэффициента трансформации тягового трансформатора TV1 (рис. 2). Здесь QF1 – главный выключатель;  TV1– тяговый трансформатор; QP1…QP11– контакторы ЭКГ-8 (электровозный контролер главный); LL1 – сглаживающий реактор; VD1 – выпрямительная установка, питающая выпрямленным и сглаженным реактором LL1 постоянным током тележку 6-осного электровоза с двигателями М1, М2 и М3. Обмотка трансформатора х1-а1 нерегулируемая  – с напряжением ; обмотка а1-х2 – регулируемая с напряжением 4 U₂^р , причем U₂^н > U₂^р, однако обмотка 01 – x2 изображена большей с целью размещения контактов контакторов QP1…QP11.

 

 

Рисунок 2 – Принципиальная силовая электрическая схема соединения и

питания двигателей электровоза однофазно-постоянного  тока

 

Для приближенных расчетов коэффициент регулирования  напряжения К_U можно принять К_U=1/ К_ТР, где К_ТР – коэффициент трансформации трансформатора TV1, К_ТР=U₁/U₂, где U₂ – напряжение на каждой из тридцати трех позиций ЭКГ-8. В таблице 3 приведены величины напряжений на вторичной обмотке тягового трансформатора на холостом ходу для 6-осного электровоза, для8-осного следует заполнить столбцы таблицы 3 после изучения работы схемы.

Таблица 3 ─ Величины напряжений на вторичной обложке

тягового трансформатора на ходовых  позициях ЭКГ-8

 

Ходовая позиция	1	5	9	13	17	21	25	29	33
Напряжение, В (6-осного  электровоза)	44	296	548	800	1062	1304	1556	1808	2060
Напряжение, В (6-осного  электровоза)					646				1230

 

При изучении электрической  схемы и заполнении таблицы 3 необходимо помнить, что до 17-й позиции ЭКГ-8 включительно вторичная нерегулируемая х1-а1 и регулируемая а1-х2 части обмоток  включены встречно, и контактор QP7 разомкнут, а QP1 и QP6, например, на 1-й позиции замкнуты. После 17-й позиции контактор QP7 замыкается и тогда к виткам нерегулируемой обмотки х1-а1 с напряжением посредством последовательного замыкания контакторов QP11, QP10 и т.д. прибавляются витки обмоток с напряжением , 2 , 3 , 4 на позициях 21-й, 25-й, 29-й и 33-й.

В пояснении  к рисунку 2 следует представить в виде таблицы 4 порядок замыкания контактов QP1… QP11 на ходовых позициях контроллера ЭКГ-8.

 

Таблица 4 – Порядок замыкания контакторов ЭКГ-8

 

Поз. ЭГК-8	Номера контакторов ЭКГ-8
	QP1	QP2								QP10	QP11
1 5 . . . 33

 

 

На рисунке 2 для 6-осного электровоза при заполнении таблицы 3 =1052 В, =252 В; для 8-осного – = 646 В, = 146 В соответственно.

Плавное (тиристорное) регулирование напряжения, подведенное к тяговым двигателям на электровозах, осуществляется выпрямительно-инвер-торными преобразователями (ВИП). В режиме тяги ВИПы работают как выпрямители, в режиме рекуперативного торможения – как инверторы (преобразуют постоянный ток ТЭД, работающих генераторами, в переменный). На этих электровозах применено зонно-фазное регулирование напряжения. При таком регулировании напряжения нагрузка переводится с одной ступени (часть вторичной обмотки тягового трансформатора) на другую, практически плавно, за счет соответствующего изменения углов отпирания тиристоров по зонам (4). Наиболее применимо четырехзонное регулирование, электрическая схема которого состоит из трех секций вторичной обмотки тягового трансформатора и восьми плеч выпрямительного моста, выполненного на тиристорах. Принципиальная силовая электрическая схема питания двух параллельно соединенных ТЭД М1 и М2 преобразователем (ВИП), состоящим из тиристоров VT1-VT8, представлена на рисунке 3. Обмотки трансформатора х1-а1 и а1-а2 в сумме по напряжению  равны обмотке а2-х2. Обмотки TV1 по зонам включаются согласно данным таблицы 5.