Исходные данные. Напряжение на двигателе В,

Напряжение на двигателе В,

= 0, 32,

Масса поезда = 3500 т,

Конструкционная скорость VК=100 км/ч,

Расчетный подъем iр = 12 %,

Кvp = 0, 44.

Сила тяги электровоза при установившейся скорости (dV /dt = 0) равна сопротивлению движению поезда:

кН

где - расчетный подъем, %,

- масса поезда, т;

- основное удельное сопротивление движению поезда, кгс/т

Мощность электровоза:

кВт

Между расчётной и конструкционной ско­ростями существует прямая зависимость /2/:

км/ч

Между номинальной мощностью электровоза и мощностью, реализуемой на расчётном подъёме сущест­вует соотношение:

кВт

где - коэффициент эксплуатационной перегрузки на расчётном подъёме.

Номинальная (часовая) мощность тягового двигателя определится как:

кВт

где m – количество тяговых двигателей. Принимаем m =8.

Так как кВт, то оставляем принятое число тяговых двигателей.

Масса электровоза:

т

где т/ось – нагрузка на ось.

Номинальный ток определяется из выражения:

А

где - кпд номинального режима.

Сила тяги на ободе колеса:

кН

где - скорость электровоза в номинальном режиме, км/ч.

Скорость номинального режима связана со скоростью на расчетном подъеме соотношением /1/:

км/ч

Суммарное сопротивление обмоток двигателя находится как

Ом

Составим и заполним табл. 18.1.

Таблица 18.1

Сопротивления отдельных элементов двигателя

в долях от суммарного

Обмотка двигателя	Сопротивление
Двигатель некомпенсиров.
Якорь,	Ом
Дополнительные полюса,	Ом
Главные полюса,	Ом
Компенсационная обмотка,	__

Рассчитаем характеристики двигателя на основе метода аналогий. Результаты сведем в табл. 18.2.

Таблица 18.2

Расчетные значения характеристик тягового

двигателя, приведенных к ободу колеса, в долях от параметров номинального режима

Ток двигателя,	Скорость движения,	Сила тяги,	Удельная э.д.с.,
149.1	80.96	80.96	17.36
198.8	69.46	69.46	21.08
298.2	56.12	56.12	25.73
397.6	49.68	49.68	28.83
596.4	43.24	43.24	32.55
695.8	40.94	40.94	34.1

Рассчитаем характеристики тягового двигателя при последовательном и последовательно-параллельном соединении.

Для этого задаются каким либо током I, по зависимости определяют соответствующую этому току скорость V и по формулам:

км/ч
км/ч

где , , - напряжения на двигателях при соответствую­щих соединениях двигателей,

Находим соответствующие значения скорости на соединениях СП и С. Расчёты выполняем для ряда значений тока (удобно использовать значения тока из табл. 18.2). Результаты расчёта пред­ставляем в виде табл. 18.3.

Таблица 18.3

Скоростные характеристики П, СП и С

соединений двигателей

I, A	, км/ч	, В	, В	, км/ч	, В	, км/ч
149.1	80.96	1483.4	733.435	40.0	358.435	19.5
198.8	69.46	1477.9	727.9133	34.2	352.9133	16.5
298.2	56.12	1466.8	716.87	27.4	341.87	13.0
397.6	49.68	1455.8	705.8266	24.0	330.8266	11.2
		1444.7	694.7833	22.1	319.7833	10.1
596.4	43.24	1433.7	683.74	20.6	308.74	9.3
695.8	40.94	1422.6	672.6966	19.3	297.6966	8.5

Расчет характеристик ослабленного поля проводим аналитическим методом. Коэффициент ослабления поля изменяем с шагом 0.17. Результаты сводим в табл. 18.4.

Таблица 18.4

Характеристики ослабленного возбуждения

Выполним проверку на соответствие коэффициента неравномерности пуска по току:

Условие по значению коэффициента неравномерности пуска по току выполняется.

Сила тяги электровоза складывается из сил тяги каждого из двигателей, отнесенных к ободам колес:

Результаты расчетов для каждого режима работы (по магнитному полю) сводим в табл. 18.5.

Таблица 18.5

Расчётные данные силы тяги электровоза

Для расчета ограничений пускового режима по условиям сцепления, вычислим предварительно:

кН

где - расчётный коэффициент сцепления;

Р - масса электровоза, т (см. 2.6);

g - ускорение свободного падения;

m - количество двигателей электровоза.

Коэффициент сцепления для ЭПС постоянного тока:

Результаты для выбранного ряда скоростей заносим в табл. 18.6.

Таблица 18.6

Расчетные параметры ограничения по сцеплению

Следующий этап расчета – расчет ступеней пускового реостата.

Ток первой маневровой позиции выбираем из условия разгона одиночного локомотива на площадке с ускорением dV/dt =0, 3…0, 4 /6/. Принимаем А.

Величина пус­кового резистора на первой маневровой позиции:

Ом

где В - напряжение в контактной сети;

В качестве схемного решения принимаем схему пускового резистора, предложенную в приложении на рис. П.2. Данная схема позволяет использовать все три группировки двигателей (П, СП, С).

Определяем абсолютную величину сопротивления каждой секции принятого пускового резистора. Результаты сводим в табл. 18.7.

Таблица 18.7

Таблица абсолютных значений

сопротивления секций пускового реостата

Находим сопротивления пускового резистора на каждой позиции кон­троллера машиниста электровоза. Составляем и заполняем табл.18.8.

Таблица 18.8

Таблица сопротивлений пускового резистора на каждой позиции кон­троллера машиниста электровоза

Скоростные характеристики каждой позиции определяет выражение:

км/ч

где - напряжение на двигателе (например, для всех пози­ций Псоединения двигателей = 1500 В), В;

- см. (4.5), Ом;

- ток двигателя, А;

- см. (3.4), Ом;

- см. табл. 3.3 и рис. 3.1, В/км/ч;

m’ - число последовательно соединенных двигателей;

n’ - число параллельно соединенных двигателей.

Расчет скоростных характеристик ввиду большого количества объемов вычисления выполняется в Microsoft Excel. По результатам расчетов строится скоростная характеристика электровоза и пусковая диаграмма (рис. 10.7) при помощи программы Advanced Grapher. На график наносятся электромеханические характеристики пусковых ступеней двигателей в зоне ограничений по токам. Ограничиваем броски тока при пуске: А,

А. На каждой позиции пускового сопротивления просчитываем по две точки: точка минимального и максимального токов.

Для перехода с одного соединения двигателей на другое используем вентильный переход. Вначале расчета переходного режима необходимо рассчитать величину вводимого сопротивления:

Ом

где В - напряжение сети;

- максимальный пусковой ток;

- определяется по рис. 3.1;

- скорость электровоза при переходе с одного соединения на другое (определяется для соответствующего переходе с С на СП или с СП на П по характеристи­кам ) соответственно для безреостатных по­зиций С или СП соединений при ; - сопротивление обмоток двигателя;

- количество последовательно соединенных двигателей до перехода;

- то же после перехода.

C-CП переход: R = 0.348611 Ом,

CП-П переход: R = 1.043056 Ом.

Количество последовательно включенных диодов:

где В - пробивное напряжение разрядника электровоза /9/: - допустимое повторяющееся напряжение (зависит от класса вентиля, например. Применяем вентили седьмого класса. В этом случае для седьмого класса = 700 В);

- коэффициент неравномерности распределения обратного напряжения между последовательно соединенными вен­тилями, .

Принимаем РV = 14.

Количество параллельно включенных диодов:

Принимаем =1.

Таким образом, каждый контакт, обведенный на рис. П.2 окружностью, шунтируем группой из 14 последовательно включенных диодов.

Теперь произведем расчет характеристик ослабленного поля. В качестве схемного решения выбираем схему, предложенную на рис. 6.1

Дорабатываем ее до нужного нам числа ступеней (4) и получаем:

Рис. 4.1. Схемное решение ослабления поля

Сопротивление шунтирующего резистора:

Ом

где - сопротивление шунтирующего резистора на i -ой позиции ослабления поля;

- коэффициент ослабления поля на i -ой позиции ОП (см. 3.3 и задание);

- сопротивление обмоток главных полюсов (см. табл. 3.2);

Ом- сопротивление кабелей цепи главных полюсов;

Ом - сопротивление индуктивного шунта;

Ом - сопротивление кабелей шунтирующей цепи.

Определяем на последней ступени ОП. Затем повторяем расчёт для всех других ступеней ОП. Результаты сводим в табл. 18.9.

Таблица 18.9

Значения секций реостата

ослабления возбуждения

Рассчитаем систему рекуперативного торможения.

В качестве схемного решения принимаем схему, изображенную на рис. 7.1. с тем отличием, что, так как применяется восьмиосная машина, то число возбудителей – два.

Тормозное усилие, развиваемое электровозом, складывается из тормозных усилий каждого двигателя:

кН

где m - количество тяговых двигателей на электровозе;

- ток якоря двигателя в режиме рекуперации, А;

- см. табл, 3.3 в абсолютных значениях, В/км/ч;

- к.п.д. зубчатой передачи /3/;

- к.п.д. двигателя (см. табл. 3.1);

-добавочное тормозное усилие, связанное с механи­ческими и электрическими потерями мощности.

Если составляет 3% от первого слагаемого, то тормозное усилие можно представить как:

кН

Зависимость скорости от тока в якоре определяется выражением:

км/ч

Составим и заполним таблицу 18.10.

Таблица 18.10

Расчётные данные тормозных характеристик

Позиция	А
, А	, В/км/ч	В, кН	, км/ч	, км/ч	, км/ч
	129.5716	8.8		183.3333	91.66667	45.83333
	156.7398	10.48548		153.8635	76.93175	38.46588
	190.1776	12.53155		128.7417	64.37085	32.18543
	219.4357	14.24259		113.2753	56.63764	28.31882
	259.6865	16.60226		97.17552	48.58776	24.29388
	287.3563	18.09568		89.15573	44.57787	22.28893
	323.9289	20.09278		80.29418	40.14709	20.07354
	355.2769	21.70669		74.32426	37.16213	18.58106
	386.6249	23.26765		69.33804	34.66902	17.33451
	417.9728	24.7769		65.1144	32.5572	16.2786
	449.3208	26.23565		61.49395	30.74697	15.37349
	480.6688	27.64505		58.35885	29.17943	14.58971
	522.466	29.59823		54.50776	27.25388	13.62694
	543.3647	30.32043		53.20945	26.60473	13.30236
	574.7126	31.58864		51.07322	25.53661	12.7683
	А
	102.4033	8.36	28, 48262	189, 5745	96, 07761	48, 67006
	125.3918	9.96121	33, 93796	159, 1015	80, 63367	40, 84661
	156.7398	11.90497	40, 56039	133, 1245	67, 46834	34, 17745
	188.0878	13.53046	46, 09844	117, 1315	59, 36301	30, 07153
	229.8851	15.77215	53, 7359	100, 4837	50, 92577	25, 79748
	261.233	17.19089	58, 56958	92, 19086	46, 72293	23, 66844
	292.581	19.08814	65, 03353	83, 02763	42, 07894	21, 31594
	334.3783	20.62135	70, 25719	76, 85448	38, 95035	19, 73109
	365.7262	22.10427	75, 30951	71, 69851	36, 33727	18, 40738
	397.0742	23.53806	80, 19445	67, 33109	34, 12383	17, 28612
	428.4222	24.92386	84, 91589	63, 58738	32, 2265	16, 32498
	470.2194	26.2628	89, 47766	60, 34556	30, 58352	15, 4927
	501.5674	28.11832	95, 79945	56, 36337	28, 56532	14, 47034
	522.466	28.80441	98, 13695	55, 02086	27, 88493	14, 12567
	553.814	30.00921	102, 2417	52, 8119	26, 76541	13, 55856
	А
	75.23511	7.7616	56, 96524	191, 6491	98, 40523	50, 46511
	94.04389	9.248197	67, 87592	160, 8426	82, 58713	42, 35312
	123.302	11.05283	81, 12077	134, 5813	69, 10286	35, 43799
	156.7398	12.56196	92, 19688	118, 4133	60, 80116	31, 18063
	200.0836	14.64319	107, 4718	101, 5833	52, 15952	26, 74895
	235.1097	15.96039	117, 1392	93, 19972	47, 85486	24, 54139
	261.233	17.72183	130, 0671	83, 93621	43, 09836	22, 10212
	313.4796	19.1453	140, 5144	77, 69551	39, 89398	20, 45881
	344.8276	20.52207	150, 619	72, 48312	37, 21759	19, 08628
	376.1755	21.85323	160, 3889	68, 0679	34, 95053	17, 92367
	407.5235	23.13984	169, 8318	64, 28323	33, 00723	16, 92709
	459.7701	24.38293	178, 9553	61, 00593	31, 32445	16, 06411
	480.6688	26.10564	191, 5989	56, 98016	29, 25736	15, 00404
	501.5674	26.74262	196, 2739	55, 62296	28, 56048	14, 64666
	532.9154	27.86118	204, 4834	53, 38983	27, 41384	14, 05863
	А
	22.98851	10.77651	243, 3623	140, 4085	75, 64091	40, 48014
	62.69592	12.24792	276, 5906	123, 5405	66, 55377	35, 61705
	110.6792	14.27711	322, 4154	105, 9817	57, 09451	30, 55481
	156.7398	15.56138	351, 4175	97, 23516	52, 38257	28, 03316
	167.1891	17.27879	390, 2012	87, 57055	47, 17605	25, 24683
	250.7837	18.66666	421, 5431	81, 05963	43, 66848	23, 36971
	282.1317	20.00902	451, 857	75, 62155	40, 73888	21, 8019
	313.4796	21.3069	481, 1667	71, 01517	38, 25732	20, 47386
	344.8276	22.56134	509, 4954	67, 06662	36, 13016	19, 33549
	428.4222	23.77336	536, 8659	63, 64742	34, 28817	18, 34972
	417.9728	25.453	574, 7967	59, 44734	32, 02549	17, 13883
	438.8715	26.07405	588, 8217	58, 03137	31, 26269	16, 7306
	470.2194	27.16465	613, 4503	55, 70155	30, 00756	16, 05891

Выполним расчет ограничений характеристик рекуперативного тормоза по условиям тормозного усилия.

Предельные значения тормозного усилия для электровоза определит выражение:

кН

где - расчётный коэффициент сцепления колеса с рельсом в режиме электрического торможения. Составим и заполним табл. 18.11.

Таблица 18.11

Расчётные значения ограничений по тормозному усилию

, км/ ч
	0, 18	0, 186	0, 194	0, 198	0, 2	0, 202	0, 205	0, 206
, кН			47, 7	48, 7		49, 9		50, 2

Ограничение по максимальной скорости составляет км/ч.

Ограничение по максимальному току возбуждения:

А

Для определения числа возможных позиций регулирования необходимо вычислить максимальное значение э.д.с. генератора возбудителя:

В

где Ом - сопротивление обмотки якоря возбудителя;

а - количество последовательно соединенных обмоток возбуждения (в нашем случае 2);

b - количество параллельных цепей обмоток возбуждения (в нашем случае 2);

Затем на характеристиках проводим гори­зонталь, соответствующую 52, 33 В, до точки пересечения с харак­теристикой А. Опускаем из этой точки вертикаль до пересече­ния с осью абсцисс, которая и определит возможное количество по­зиций регулирования тормозного режима. В нашем случае как это показано на рис. 7.2, при В без ограничения можно использо­вать лишь 13 позиций.

Еще одно ограничение – ограничение по условиям коммутации.

Используя рекомендации, составляем и заполняем табл. 18.12.

Таблица 18.12

Расчётные данные ограничений

тормозного режима по коммутации

, А	Соединение якорей двигателей
П()
, А	, В/км/ч	В, кН	V, км/ч
			85, 7493	16, 18331
			55, 62413	51, 78658
			41, 93086	106, 8098
			34, 10614	181, 253
	СП()
			169, 2766	16, 18331
			108, 4708	51, 78658
			80, 83173	106, 8098
			65, 038	181, 253
	С ()
			333, 6512	16, 18331
			210, 814	51, 78658
			154, 9789	106, 8098
			123, 0731	181, 253

По данным табл.18.10, 18.11, 18.12 строим графики, изображенные на рисунке. Из табл. 18.10 построим только графики, полученные граничными значениями позиций контроллера машиниста (т.е. в нашем случае – 1 и 13 позиции) для каждой перегруппировки двигателей.

Спецчасть

Синхронный подвозбудитель

Охлаждающий воздух подается в генератор через сборный стальной патрубок со стороны, противоположной контактным кольцам (со стороны дизеля). В нижней части подшипникового щита под контактными кольцами укреплен стальной патрубок для выброса из генератора нагретого воздуха.

Охлаждающий воздух забирается снаружи тепловоза через воз­душные фильтры, установленные с боков кузова. В фильтрах воздух очищается от пыли, снега, масла, капель воды.

Конструкцией генератора предусмотрено предохранение всего кре­пежа от самоотвинчивания и коррозии.

Возбудитель ВС-650В (рис. 1)—это однофазный синхронный генератор повышенной частоты, защищенного исполнения, самовенти­лируемый, служит для питания (через полууправляемый выпрямитель) постоянным током обмотки возбуждения тягового генератора и отно­сится к вспомогательным тяговым электрическим машинам. Охлаждаю­щий воздух прогоняется через полость машины литым вентилятором из алюминиевого сплава и выбрасывается через окна в станине со стороны контактных колец. Вентиляционные окна на входе и выходе охлаждающего воздуха закрываются съемными сеткой и крышкой с выштампованными в них отверстиями. Вентилятор 16 крепится болтами

Рис. 1

к стальной ступице, смонтированной на валу 18 со стороны свобод­ного конца.

Статор (магнитная система) возбудителя состоит из станины 8, изготовленной из листовой стали, в которой установлены восемь полюсов моноблочной конструкции. К станине привариваются с обеих сторон лапы, которыми возбудитель опирается и крепится, а также стальные ребра с проушинами для подъема машины и ее транспорти­ровки.

Сердечники полюсов 14 собраны из штампованных листов электро­технической стали, спрессованы и стянуты заклепками. В башмаки по­люсов встроена короткозамкнутая демпферная обмотка в виде медных стержней круглого и прямоугольного сечений. Катушки полюсов 15 являются элементами независимой обмотки возбуждения возбудителя и соединены последовательно. Концы обмотки выведены в коробку выводов (рис. 2). Изоляция полюсных катушек выполнена из материалов класса F. Катушку и сердечник полюса пропитывают в сборе в эпоксидном компаунде.

Якорь 10 (см. рис.1) возбудителя соединен муфтой с распределительным редуктором дизеля и приводится им во вращение.

*разрезы возбудителя ВС-650В

Сердечник якоря возбудителя 12 состоит из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0, 5 мм, нашихтованных на стальной вал. Спрессованный сердечник удерживается в осевом направле­нии латунной втулкой со стороны контактных колец и обмоткодержа-телем со стороны свободного конца вала. Все детали крепятся на ва­лу шпонками. В пазах сердечника якоря 20 уложена волновая обмотка, концы катушек которой пропаяны серебросодержащим припоем в медных втулках, вставленных в прямоугольные пазы по окружности пластмассовой части втулки. Расположение проводников в пазах горизонтальное.

Обмотка 11 укреплена на сердечнике с помощью стеклобандажа 13. Якорь пропитывается в термореактивном лаке. На его вал напрессованы изолированные от него два контактных кольца 9 из специальной антикоррозионной стали, которые с помощью двух контактных шпилек соединены с выводами якорной обмотки. На рабочей поверхности контактных колец нарезают винтообразные канавки.

Якорь опирается на подшипниковые щиты 6 и 17 через два шарико­вых подшипника 3. Подшипники насаживают на вал якоря с натягом и с обеих сторон закрывают стальными крышками 1, 5 с лабиринтными канавками. Подшипниковые щиты центруют в станине «замками» и закрепляют на ней болтами.

Смазку в подшипники добавляют через стальные трубки 21, вва­ренные в отверстия подшипниковых щитов со стороны привода и кон­тактных колец. При запрессовке смазка, заполняя внутреннюю сма­зочную полость каждого из подшипниковых узлов, проходит между шариками подшипника, смазывает их и попадает в наружную сма­зочную полость.

Применена консистентная смазка марки ЖРО ТУ 32 ЦТ 520-73. Щеткодержатели 19 крепят на пластмассовой траверсе и соединяют токосборными шинами с отводами в коробку выводов, а траверсу 7 —болтами к переднему подшипниковому щиту. На рис. 1: 2 — упорное кольцо, 4 — уплотнительное кольцо.

Конструкция щеткодержателя предусматривает постоянство усилия нажатия курка пружины на щетку по мере сра­батывания последней. Щеткодержатель унифицирован с щеткодержателем генератора ГС-501А. На возбудителе применены щетки марки ЭГ-4 раз­мером 25 х 32 х 64 мм с резиновыми амортизаторами. Давление пружины на щетку обеспечивается в пределах 16—20 Н (1, 6—2, 0 кгс).

Рис. 2 Схема соединения

возбудителя