1.2. Расчет параметров электрической передачи тепловоза
В электрическую цепь тепловоза с электрической передачей входят: тяговый генератор (ТГ) и электродвигатели (ТЭД). Если на тепловозе применена передача переменно-постоянного тока, то для выпрямления трёхфазного переменного тока генератора применяется выпрямительная установка.
Мощность тягового генератора должна быть такой, чтобы в заданном диапазоне изменения тока генератора и при наименьшей нагрузке вспомогательных машин и механизмов вся свободная мощность первичного двигателя поглощалась генератором.
Свободная мощность дизеля, передаваемая электропередаче, кВт:
(1.2.1)
где – коэффициент свободной мощности.
Подставляя значения в выражение (1.2.1), получаем:
.
Номинальная мощность синхронного генератора на выходе из выпрямительной установки, кВт:
(1.2.2)
где – КПД выпрямительной установки.
Подставляя значения в выражение (1.2.2), получаем:
Длительное напряжение генератора, В,
(1.2.3)
где =1,6 – коэффициент регулирования напряжения.
Подставляя значения в выражение (1.2.3), получаем:
.
Длительная сила тока генератора, А,
(1.2.4)
Подставляя значения в выражение (1.2.4), получаем:
.
Длительная мощность ТЭД, кВт:
(1.2.5)
где m – количество ТЭД.
Подставляя значения в выражение (1.2.5), получаем:
Угловая скорость вала электродвигателя в длительном режиме при (максимальная скорость тепловоза равна конструкционной) определяется из соотношения, рад/с:
(1.2.6)
Тогда имеем:
(1.2.7)
где – конструкционная скорость тепловоза, км/ч.
Подставляя значения в выражение (1.2.7), получаем:
.
Длительный вращающий момент электродвигателя, кН∙м,
(1.2.8)
где – длительная мощность тягового электродвигателя, кВт;
– КПД тягового электродвигателя.
Подставляя значения в выражение (1.2.8), получаем:
.
Сила тока электродвигателя в длительном режиме, А,
(1.2.9)
где – число параллельных ветвей силовой цепи.
Подставляя значения в выражение (1.2.9), получаем:
.
Передаточное число тягового редуктора,
(1.2.10)
где – диаметр ведущих колёс локомотива, м.
Подставляя значения в выражение (1.2.10), получаем:
.
На тепловозе ТЭП70 реализована электрическая передача переменно-постоянного тока.
Тяговые электродвигатели постоянного тока получают питание от генератора переменного тока, имеющего независимое возбуждение, через выпрямительную установку. Система автоматического регулирования обеспечивает получение тяговых характеристик путем изменения возбуждения генератора, а также путем двухступенчатого ослабления поля тяговых электродвигателей.
Регулятором возбуждения генератора является управляемый выпрямитель возбуждения, который в зависимости от тока в тяговых двигателях и напряжения на зажимах выпрямительной установки изменяет ток возбуждения генератора.
На тепловозе установлен тяговый синхронный генератор типа ГС-504А Это 12-полюсная электрическая машина переменного тока с независимым возбуждением защищенного исполнения и охлаждением от постороннего вентилятора. Он состоит из статора, ротора, подшипникового щита, щеткодержателей, патрубков для входа и выхода охлаждающего воздуха.
Таблица 1.2
Основные технические параметры тягового генератора ГС-504А
Мощность, кВт |
2750 |
Линейное напряжение, В |
580/360 |
Действующее значение тока, А |
2x1500/2х2400 |
Максимальное значение действующего тока в течении 2 мин, А |
2x3400 |
Частота вращения, об/мин |
1000 |
Частота, Гц |
350-1000 |
К.п.д., % |
94,8 |
Выпрямленное значение напряжения, В |
750/435 |
Выпрямленное значение тока, А |
3600/6200 |
Выпрямленное значение максимального тока, А |
8700 |
Ток возбуждения, А |
Независимое |
Расход охлаждающего воздуха, м3/с |
4,45 |
Масса, кг |
6500 |
На локомотиве ТЭП70 установлен тяговый электрический двигатель типа ЭД-119 который представляет собой четырехполюсную электрическую машину постоянного тока последовательного возбуждения с независимой нагнетательной вентиляцией и широким изменением частоты вращения якоря. Электродвигатель имеет один свободный конусный конец вала якоря, на который насаживается ведущая шестерня тягового редуктора. Электродвигателя состоит из корпуса, якоря, подшипниковых щитов, подшипников, щеткодержателей, главных и добавочных полюсов.
Таблица 1.3
Основные технические параметры тягового электродвигателя ЭД-119
Мощность, кВт |
411 |
Напряжение, В |
500/750 |
Ток, А |
900/1350 |
Частота вращения, об/мин |
705/2170 |
К.п.д., % |
91,2 |
Момент на валу, Н∙м |
568 |
Максимальное значение кратковременного тока, А |
1160 |
Максимальное значение частоты вращения, об/мин |
2320 |
Расход охлаждающего воздуха, м3/с |
1,666 |
Масса, кг |
3250 |
Опорно-осевое подвешивание ТЭД. При таком подвешивании двигатель одним концом через моторно-осевые подшипники опирается на ось колёсной пары, а другим через пружинный комплект - на раму тележки. Передача тягового момента колёсной паре осуществляется зубчатым редуктором. Преимущества такого подвешивания в плавной безотрывной работе зубьев передачи. Недостатки: большая вибрация на ТЭД.
Опорно-рамное подвешивание ТЭД. Тяговый двигатель, закреплённый в раме тележки, оказывается полностью подрессоренным. При таком подвешивании масса уменьшается в два раза, и значит колёсно-моторный блок оказывает меньшее воздействие на путь. Существует два вида подвешивания: с двух сторонней передачей момента на колёсную пару полым валом, и односторонней с помощью карданного вала, связанного с зубчатым колесом упругими муфтами (ТЭП70). Недостатки: взаимные вертикальные перемещения двигателя и колёсной пары.
1- кронштейн опорный; 2- кронштейн крепления ТЭД; 3- кронштейн опорный двойной; 4- двойной кронштейн; 5- тяговый электродвигатель; 6- ведущее зубчатое колесо; 7- ведомое зубчатое колесо
Рис. 1.2.1. Колёсно-моторный блок ТЭП70
Электрическая передача тепловоза состоит из синхронного генератора переменного тока типа ГС-504А (мощностью 2750 кВт, максимальное линейное напряжение 580 В, максимальное линейная сила тока 3000 А), приводимого непосредственно от дизеля, выпрямительной установки типа УВКТ-5 и шести тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения типа ЭД-119 (мощность 411 кВ, напряжение в длительном режиме 500 В, ток в длительном режиме 600 А). Электродвигатель является четырёхполюсной реверсивной машиной постоянного тока с последовательным возбуждением защитного исполнения с принудительной вентиляцией.
Рис. 1.2.2. Силовая схема тепловоза ТЭП70
Силовая схема тепловоза состоит из синхронного тягового генератора, выпрямительной установки и шести тяговых электродвигателей соединённых параллельно.