Число позиций регулирования напряжения

Рациональная компоновка схемы регулирования напряжения трансформатора возможна только при определенных значениях числа позиций, определяемых по формуле

, (3.8)

где – количество секций в регулируемой части обмотки трансформатора (при простом регулировании определяют без учета секции, питающей выпрямитель на первой позиции);

– коэффициент, учитывающий схему соединения обмоток трансформатора; для простого регулирования , для встречно-согласного ;

– коэффициент, учитывающий способ переключения секций трансформатора; для вентильного перехода , с переходным реактором ;

- коэффициент, учитывающий соотношение амплитуд выпрямленного напряжения в соседних полупериодах. Если предусмотрены позиции с разными амплитудами напряжения в соседних полупериодах, то , если нет, то .

После уточнения числа позиций определяют величину ступени регулирования выпрямленного напряжения

Характеристики ЭПС

Расчет характеристик ЭПС выполняется на ЭВМ в дисплейном классе кафедры «Электрическая тяга», как указано в п. 4.4. Подготовлены исходные данные по таблицам 4.3, 4.4. В п.п. 4.1 – 4.3 поясняются принципы расчета. П.п. 4.5 – 4.7 выполняются независимо от расчета на ЭВМ.

4.1. О расчете скоростных характеристик ЭПС переменного тока и внешних характеристик выпрямителя.

Скоростные характеристики ЭПС – это зависимости скорости движения ЭПС от тока тягового двигателя для всех позиций регулирования напряжения.

Внешние характеристики выпрямителя – это зависимости среднего выпрямленного напряжения на тяговых двигателях от тока двигателей для всех ступеней регулирования напряжения.

Скорость ЭПС на позиции при токе рассчитывают по формуле

, (4.1)

где – скорость тягового двигателя при номинальном напряжении и токе , определяемая по кривой ;

– среднее выпрямленное напряжение холостого хода на позиции ;

– эквивалентное сопротивление выпрямителя на позиции ;

– расчетное значение тока двигателей.

Характеристика для каждой позиции должна быть рассчитана не менее чем по пяти точкам. Для расчета характеристики задаются несколькими расчетными значениями тока двигателя. Наибольшее значение тока принимают равным (см. формулу 2.8). Наименьшее значение тока выбирают равным . Для проверки правильности расчетов одно из промежуточных значений тока должно быть равно . Остальные значения тока выбирают с приблизительно равными интервалами. Для облегчения построения графиков эти значения удобно выразить круглыми числами.

В соответствии с рис. 3.2 зависимость имеет вид:

, (4.2)

где – безразмерные коэффициенты, значения которых приведены в табл. 4.1

Таблица 4.1Способ регулирования напряжения	Коэффициенты
Встречно-согласный со стороны НН	1,3	-2,9	2,6
Простой со стороны НН, с учетом токоограничивающих реакторов	0,25	0,25	0,5

Исходными данными для расчета служат: характеристика тягового двигателя при номинальном напряжении , среднее выпрямленное напряжение холостого хода на последней позиции регулирования , ступень регулирования выпрямленного напряжения , эквивалентное сопротивление выпрямителя , сопротивление обмоток тягового электродвигателя и число последовательно и параллельно включенных тяговых электродвигателей и .

Расчет начинают с последней позиции регулирования напряжения, которой соответствует напряжение холостого хода , определяемое по формуле (2.17).

По формуле (4.1) определяют значения скорости на этой позиции для выбранных расчетных значений тока .

После этого находят среднее выпрямленное напряжение холостого хода на предыдущей позиции

. (4.3)

Вычисляют значение эквивалентного сопротивления выпрямителя по формуле (4.2) и с учетом этого рассчитывают для выбранных значений . Расчет производят для всех позиций регулирования напряжения.

Для построения семейства внешних характеристик для каждой позиции рассчитывают среднее выпрямленное напряжение при токе .

. (4.4)

По полученным данным строят графики внешних характеристик выпрямителя и скоростных характеристик для всех позиций регулирования напряжения. Образец характеристик приведен на рис. 4.1.

Отрицательные значения на график не наносят.

На полученной сетке скоростных характеристик проводят линии колебания пускового тока с таким расчетом, чтобы минимальные значения пускового тока на всех позициях были одинаковы, а максимальные не выходили за ограничения по сцеплению и по току.

Для контроля на графике скоростных характеристик дополнительно строят зависимость , рассчитанную по таблице 2.3. При правильном расчете кривая пересекается с характеристикой последней позиции при токе .

Рис. 4.1

4.2. О расчете ступеней ослабления возбуждения

Количество ступеней ослабления возбуждения определяется значением минимального коэффициента ослабления возбуждения и допустимыми колебаниями пускового тока. Коэффициент неравномерности пуска для ступеней регулирования возбуждения для электровозов принимается равным: .

При переходе со ступени ослабления возбуждения на ступень ток якоря возрастает от до (рис. 4.2,а). Величина тока определена ранее (по формуле 2.8); значение рассчитывается по формуле (2.12) в соответствии с выбранным коэффициентом .

Рис. 4.2

Ступени ослабления возбуждения рассчитывают на компьютере.

4.3. О расчете характеристик ЭПС при ослабленном возбуждении (ОВ)

Скоростные характеристики для ослабленного возбуждения рассчитывают с учетом изменения напряжения на тяговых двигателях по внешней характеристике выпрямителя :

, (4.13)

где – скорость при коэффициенте ослабления поля и токе ;

– выпрямленное напряжение холостого тока на последней позиции регулирования;

– магнитный поток двигателя, , при токе возбуждения

. (4.14)

Расчет характеристик производят для каждого значения . Расчет выполняют на компьютере.

Кривые вычерчивают на общем графике (см. рис. 4.1) и отмечают броски тока при включении ступеней ОВ. Кривые для всех ступеней ОВ наносят на график с характеристиками тягового двигателя (см. рис. 2.3).

4.4. Программа для расчета характеристик ЭПС

На кафедре «Электрическая тяга» имеется программа для расчета характеристик ЭПС переменного тока.

4.4.1. Назначение программы.

Программа предназначена для:расчета скоростных характеристик ЭПС и внешних характеристик преобразовательной установки для режима полного возбуждения ТЭД;

· определения коэффициентов регулирования возбуждения ТЭД и расчета электротяговых характеристик для режима ослабленного возбуждения.

Предусмотрена возможность выполнять расчет только скоростных и внешних характеристик для режима полного возбуждения ТЭД. Это определяет пользователь в процессе выполнения программы.

4.4.2. Исходные данные для расчета характеристик ЭПС.

Для расчета внешних и скоростных характеристик для режима полного возбуждения ТЭД необходимы следующие исходные данные (таблица 4.3).

Таблица 4.3

Наименование исходных данных	Условное обозначение	Численное значение
в программе расчета	В методических указаниях
Номинальное напряжение ТЭД (по заданию)	Uдн	Uдн	1200 В
Сопротивление обмоток ТЭД (ф-ла (2.4))	Rд	rдн	0,074 А
Число параллельных ветвей ТЭД	Ад=4	ад	4
Число ТЭД в параллельной ветви	Мд=1	mд	1
Число позиций регулирования напряжения (ф-ла (3.8))	n	n	33
Число расчетных токов якоря	J=7	j	6
Среднее выпрямленное напряжение холостого хода на высшей позиции регулирования (ф-лы (2.17), (2.18))	Udоn	Udоn	1312
Эквивалентное сопротивление преобразователя на высшей позиции регулирования (ф-ла (2.24))	Rэн	rэн	0,04 Ом
Суммарное пороговое падение напряжения в полупроводниковых приборах выпрямителя	sUv=5	∆Uv	5 В
Максимальный пусковой ток (ф-ла (2.8))	Iмах	Iмах	871 А
Скоростная характеристика для номинального режима работы ТЭД (табл. 2.3)	Vuнj(Ij)	Vuн(I)	17.2 м/с

Для расчета коэффициентов регулирования возбуждения ТЭД и электротяговых характеристик для режима ослабленного возбуждения необходимы следующие исходные данные (таблица 4.4).

Таблица 4.4

Наименование исходных данных	Условное обозначение	Численное значение
в программе расчета	В методических указаниях
		3	4
Коэффициенты регулирования возбуждения: Постоянный минимальный	Вmax Bmin	βo βmin	0,96 0,39
Сопротивление обмотки главных полюсов ТЭД (Табл. 2.2)	Rгп	rгп	0,019 Ом
Коэффициент неравномерности пуска по току	Кнi=0,08-0,1	кнi	0,1
Номинальный ток ТЭД (ф-ла (2.1))	Iн	Iн	670 А
Скорость движения ЭПС в номинальном режиме, м/с (по заданию, перевести в м/с)	Vн	Vн	17,2 м/с
КПД ТЭД в номинальном режиме	КПД=0,94	ηдн	0,93

4.4.3. Требования к исходным данным.

Максимальное число позиций регулирования напряжения n = 40.

Скоростная характеристика для номинального режима работы тяговых двигателей вводится в память машины в виде нескольких табличных значений токов I_j и соответствующих им значений скорости V_uнj (таблица 4.5).

Таблица 4.5

Расчетный ток Ij, А
Скорость Vuнj, км/ч

При выборе расчетных значений тока руководствуются следующим. Рекомендуемое число расчетных значений тока якоря j = 7. Первое расчетное значение тока целесообразно принять равным I₁= (0,3 ÷ 0,4) I_н. Одно из расчетных значений принимают равным значению номинального тока двигателя I_н. Последнее расчетное значение тока I_j – значению максимального пускового тока двигателя I_max. Для удобства построения пусковой диаграммы одно из расчетных значений тока целесообразно принять равным значению минимального пускового тока I_min. Другие расчетные значения токов целесообразно выразить круглыми числами, кратными 50 или 100 с приблизительно равными интервалами между ними. Скорости движения при расчетных значениях тока якоря определяют, используя график скоростной характеристики V_uн(I) для номинального режима работы ТЭД (рис. 2.3).

Коэффициент неравномерности пуска К_нi для ступеней регулирования возбуждения для электровозов выбирается из диапазона от 0,08 до 0,1.

4.4.4. Выполнение расчетов.

Расчет осуществлялся в программе с именем «S_UPR_KP.EXE»

В программу были введены исходные данные, указанные в таблицах 4.3 и 4.4.. Файлу расчета присвоен номер в соответствии с вариантом №20.

Ниже представлены результаты расчета по исходным данным (содержимое файла 02ETB20).

Характеристики ЭПС (содержимое файла 02ETB20)

CKOPOCTHЫЕ и BHEШHИE XAPAKTEPИCTИK

ЭПС ПEPEMEHHOГO TOKA

Пoзиция| Udoi| Udi|*************C K O P O C T Ь*************

------------------------------------------------------------

K=33 1312 1173 100.4 80.9 67.1 62.0 59.7 55.4

K=32 1272 1138 97.3 78.4 65.0 60.1 57.9 53.6

K=31 1232 1103 94.2 75.9 62.9 58.1 56.0 51.9

K=30 1193 1069 91.1 73.4 60.8 56.2 54.1 50.2

K=29 1153 1034 88.1 70.9 58.7 54.3 52.3 48.4

K=28 1113 999 85.0 68.4 56.6 52.3 50.4 46.6

K=27 1073 963 81.9 65.9 54.5 50.4 48.5 44.9

K=26 1034 928 78.8 63.4 52.4 48.4 46.6 43.1

K=25 994 893 75.7 60.8 50.3 46.4 44.7 41.3

K=24 954 857 72.6 58.3 48.1 44.5 42.8 39.5

K=23 914 821 69.5 55.8 46.0 42.5 40.9 37.8

K=22 875 786 66.4 53.3 43.9 40.5 39.0 36.0

K=21 835 750 63.3 50.7 41.7 38.5 37.1 34.2

K=20 795 714 60.2 48.2 39.6 36.5 35.2 32.3

K=19 755 677 57.0 45.6 37.4 34.5 33.2 30.5

K=18 716 641 53.9 43.1 35.3 32.5 31.3 28.7

K=17 676 605 50.8 40.6 33.1 30.5 29.4 26.9

K=16 636 568 47.7 38.0 30.9 28.5 27.4 25.0

K=15 596 531 44.6 35.4 28.7 26.5 25.5 23.2

K=14 557 494 41.4 32.9 26.5 24.5 23.5 21.3

K=13 517 457 38.3 30.3 24.3 22.5 21.5 19.5

K=12 477 420 35.2 27.8 22.2 20.4 19.6 17.6

K=11 437 383 32.0 25.2 19.9 18.4 17.6 15.8

K=10 398 346 28.9 22.6 17.7 16.3 15.6 13.9

K= 9 358 308 25.7 20.0 15.5 14.3 13.7 12.0

K= 8 318 271 22.6 17.4 13.3 12.2 11.7 10.1

K= 7 278 233 19.4 14.9 11.1 10.2 9.7 8.2

K= 6 239 195 16.3 12.3 8.9 8.1 7.7 6.3

K= 5 199 157 13.1 9.7 6.6 6.0 5.7 4.4

K= 4 159 119 10.0 7.1 4.4 4.0 3.7 2.5

K= 3 119 81 6.8 4.5 2.1 1.9 1.6 0.6

K= 2 80 42 3.6 1.9 -0.1 -0.2 -0.4 -1.4

K= 1 40 4 0.5 -0.8 -2.4 -2.3 -2.4 -3.3

P E Ж И M O C Л A Б Л E H H O Г O B O З Б У Ж Д E H И Я

Число ступеней регулирования возбуждения K= 4

Коэффициенты регулирования возбуждения :

B1=0.69 B2=0.52 B3=0.39 B4=0.30

Э Л E K T P O T Я Г О B Ы E X A P A K T E P И C T И K И

Для режима ослабленного возбуждения

( cкорость Vi,j-[км/ч],ток Ij-[A],cила тяги Fi,j-[kH] )

********************************************************

BЄ * Ij | 250 400 657 670 700 870

------**************************************************

* Vi,j | 137.1 96.0 71.1 70.4 68.8 61.6

0.69 *-------------------------------------------------

* Fi,j | 7.758 17.241 36.391 37.405 39.755 53.269

------*-------------------------------------------------

* Vi,j | 174.6 116.8 81.6 80.6 78.3 68.6

0.52 *-------------------------------------------------

* Fi,j | 6.096 14.191 31.776 32.736 34.968 47.962

------*-------------------------------------------------

* Vi,j | 222.4 144.0 95.6 94.2 91.2 78.0

0.39 *-------------------------------------------------

* Fi,j | 4.789 11.521 27.158 28.040 30.099 42.289

------*-------------------------------------------------

* Vi,j | 282.9 179.1 114.2 112.3 108.2 90.5

0.30 *-------------------------------------------------

* Fi,j | 3.767 9.265 22.755 23.540 25.381 36.483

Результаты расчета представляются в виде двух таблиц. Первая таблица – внешние характеристики преобразователя U_d(I_d) и скоростные характеристики ЭПС V_kj(I_j) для режима полного возбуждения для всех ступеней регулирования напряжения. Позиции регулирования напряжения в первой таблице обозначены буквой «к». Внешние характеристики представлены двумя значениями выходного напряжения преобразователя:

U_doi –среднее выпрямленное напряжение при токе двигателя, равном нулю;

U_di - среднее выпрямленное напряжение при максимальном пусковом токе I_max.

Значения скоростей движения для каждой ступени регулирования напряжения рассчитаны при расчетных значениях тока двигателя

Вторая таблица – электротяговые характеристики для режима ослабленного возбуждения:

скоростные V_ij(I_j) – зависимости скорости движения от тока двигателя;

электротяговые F_ij(I_j) – зависимости силы тяги на ободе движущей колесной пары от тока двигателя.

Электротяговые характеристики рассчитываются для всех коэффициентов регулирования возбуждения, полученных для выбранного значения коэффициента неравномерности пуска Кнi. Перед второй таблицей указываются полученное число ступеней регулирования возбуждения и значения коэффициентов регулирования возбуждения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ротанов Н. А., Захарченко Д. Д., Плакс А. В., Некрасов В. И., Иньков Ю. М. Проектирование систем управления электроподвижным составом.-М. : Транспорт, 1986.
2. Чебовский О. Г., Моисеев Л. Г., Недошивин Р. П. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник, 2-е изд. – М. : Энергоатомиздат, 1985.
3. Плакс А. В. Системы управления электрическим подвижным составом. – М.: Маршрут, 2005. – 360с.
4. Плакс А. В., Сидоров Н. Н. Электрооборудование электрического подвижного состава. – Л. : ЛИИЖТ, 1969.