Расчет вспомогательных цепей

3. Расчет вспомогательных цепей

3.1 Расчет вторичных ЭДС

 

Среднее значение выпрямленного напряжения U_dα для всех выпрямителей.

Среднее значение выпрямленного напряжения холостого хода можно определить, суммируя заштрихованные площадки согласно рисунку 3.1, при угле коммутации γ=0

 (3.1)

где  - амплитуда ЭДС вторичной обмотки, равная по величине действующему значению этой ЭДС (при прямоугольном, приложенном к первичной обмотке трансформатора, напряжении), В;

α - угол регулирования, рад.

Рисунок 3.1 – диаграмма напряжений и выпрямленного тока

При коммутации вентилей ток вторичной обмотки трансформатора должен изменить свое направление на противоположное под действием ЭДС вторичной обмотки .

По второму закону Кирхгофа,

 (3.2)

где  - индуктивность вторичной и первичной обмоток трансформатора, связанные потоками рассеяния соответствующих обмоток;

 - индуктивное сопротивление вторичной и приведенной к вторичной первичной обмоток трансформатора, Ом;

 - текущее значение угла.

Найденное из формулы (3.2) путем интегрирования значение тока

, (3.3)

где С – постоянная интегрирования.

Постоянная интегрирования может быть найдена из начальных условий:

при ; ;

. (3.4)

Таким образом, окончательно имеем

. (3.5)

Поскольку =const в течение полупериода, не имеет значения точка отсчета угла. Пусть в начале коммутации , а в конце коммутации . При этом ток достигнет значения

. (3.6)

Отсюда

. (3.7)

Среднее значение падения напряжения, связанное с коммутацией вентилей, определится из площади прямоугольника, приведенного на рисунке 3.1.

. (3.8)

Учитывая формулы (3.7) и (3.8), имеем

 . (3.9)

Выражение , имеет такое же значение, как и для выпрямителей, питающихся синусоидальным напряжением.

. (3.10)

Выражения для определения ЭДС вторичных обмоток

ЭДС вторичных обмоток для питания мотор-компрессора и мотор – вентилятора. Номинальное напряжение на двигателе определяется выбранным типом двигателя. Наиболее подходят двигатели с напряжением 220 и 440 В. Номинальное напряжение  соответствует углу регулирования α=0 и номинальному току . В курсовом проекте трансформатор не рассчитывается, а значит, величина сопротивления  неизвестна, поэтому примем падение напряжения, связанное с коммутацией, равным 7 % от напряжения холостого хода.

Поэтому имеем

. (3.11)

Откуда

 

. (3.12)

Прежде чем получить U_dH, необходимо выбрать двигатели.

Рассчитаем мощность двигателя компрессора:

, (в рад) (3.13)

где n – порядковый номер по списку, n = 16

Рассчитаем мощность двигателя вентилятора:

, (3.14)

Выбираем двигатель для компрессора типа 4ПФ200М с напряжением U_к = 440 В, который имеет следующие характеристики:

·  Мощность – 55 кВт,

·  Напряжения якоря – 440 В,

·  Ток якоря – 144 А,

·  КПД – 84,9 %,

·  Номинальная частота вращения – 1000 об/мин,

·  Максимальная частота вращения – 4000 об/мин.

Выбираем двигатель для вентилятора типа 4ПФ180М с напряжение U_в=440 В, который имеет следующие характеристики:

·  Мощность – 37 кВт,

·  Напряжения якоря – 440 В,

·  Ток якоря – 97,6 А,

·  КПД – 83 %,

·  Номинальная частота вращения – 825 об/мин,

·  Максимальная частота вращения – 4500 об/мин.

Выбор обусловлен тем, что данный тяговый электродвигатель имеет высокий КПД при максимальной скорости электровоза.

Выбираем пассажирский шестиосный электровоз постоянного тока ЧС2. Выбор обусловлен тем, что в отличие от грузовых поездов, вес которых достигает 5000-6000 т, а максимальная скорость движения не превышает 90 км/ч, пассажирские поезда с локомотивной тягой обычно имеет вес состава не более 1100 т, но скорость движения до 120 км/ч; на некоторых направлениях пассажирские поезда развивают скорость 140-160 км/ч.

Пассажирский локомотив должен обладать плавным ходом и лучшими динамическими качествами с тем, чтобы при высоких скоростях движения его воздействие на путь не превышало допустимых пределов. Поэтому в отличие от грузовых электровозов пассажирские строятся с меньшими нагрузками от колесных пар на рельсы и тяговыми двигателями, установленными на рамах тележек. Весь вес от двигателей на оси колесных пар при этом передается через рессоры, что уменьшает динамические нагрузки на путь и благоприятно влияет на работу самих двигателей.

Шестиосный электровоз ЧС2 предназначен для обслуживания пассажирских поездов на электрифицированных линиях постоянного тока с номинальном напряжением 3 кВ и снижении его до 2700 В.

Выбираем тяговый электродвигатель постоянного тока AL4846eT. Выбор обусловлен тем, что данный тяговый электродвигатель имеет высокий коэффициент использования мощности (0,78) при максимальной скорости электровоза.

Год начала выпуска: 1960

Напряжение контактной сети =3000 В;

Напряжение на зажимах двигателя =1500 В;

Коэффициент возбуждения, %

номинальная – 100%;

Масса двигателя (без зубчатой передачи) G=5250 кг;

Часовой режим

Мощность на валу Рч=700 кВт;

Ток =500 А;

Частота вращения =680 об/мин;

КПД на валу =94,3 %

Продолжительный режим

Мощность на валу =610 кВт;

Ток =435 А;

Частота вращения =720 об/мин;

КПД на валу =94,8 %;

Максимальная частота вращения =1185 об/мин;

Общее сопротивление обмоток двигателя , Ом:

при температуре 110ºС - Ом

Тогда  найдем по формуле (3.12):

 

В,  В.

ЭДС вторичных обмоток возбудителя двигателей компрессора и вентилятора.

Имея в виду, что обмотки возбуждения двигателей компрессора и вентилятора включены параллельно, напряжение на них обычно равно номинальному напряжению якорных обмоток, т.е. 440 В. Поэтому ЭДС определяется по выражению (3.12).

 

В,  В.

ЭДС вторичных обмоток возбудителя тяговых двигателей.

Максимальное напряжение, необходимое для получения максимального тока в обмотках возбуждения, может быть найдено из выражения:

, (3.15)

где n_д – число двигателей электровоза (число осей);

n_д =6;

К_пер – коэффициент рабочей перегрузки тяговых двигателей;

К_пер=1,5;

I_ч – часовой ток тяговых двигателей (номинальный), А;

R_ов – сопротивление обмоток возбуждения тягового двигателя,

при максимальной температуре 110ºС,Ом.

.

Далее ЭДС  каждой полуобмотки нулевого выпрямителя определяется по формуле (3.12).

 

ЭДС обмотки собственных нужд.

ЭДС этой обмотки должна компенсировать падение напряжения, связанного с коммутацией симистора, а также потери в выходном фильтре. Эти потери составят примерно 20%, поэтому ЭДС можно найти из выражения:

. (3.16)