Указания методические к практическим и самостоятельным занятиям, контрольным заданиям, курсовой работе и лабораторным МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ Методические указания к практическим и самостоятельным занятиям, контрольным заданиям, курсовой работе и лабораторным работам для студентов заочной формы обучения специальностей : 7.092 201 – «Электрические системы и комплексы транспортных средств», 7.092.202 – «Электрический транспорт», Харьков – ХНАГХ – 2007 Основы электрической тяги. Методические указания к практическим и самостоятельным занятиям, контрольным заданиям, курсовой работе и лабораторным работам для студентов заочной формы обучения специальностей : 7.092 201 – «Электрические системы и комплексы транспортных средств», 7.092.202 – «Электрический транспорт», Составители: П.М. Пушков, В.П. Андрейченко Рецензент: проф. Карпушин Э.И. Утверждено кафедрой электрического транспорта Протокол № 8 от 06.03.2007 Введение В дисциплине «Основы электрической тяги» рассматриваются общая тео­рия движения поезда, процессы реализации сил тяги и торможения, силы со­противления движению, характеристики тягового и тормозного режимов дви­жения поезда, расчет и построение кривых движения поезда, расход энергии на движение поезда, расчет нагревания тяговых электрических двигателей, во­просы частотно-регулируемого асинхронного тягового привода. Для студентов, обучающихся по специальности – 7.092.202 – «Электриче­ский транспорт», эта дисциплина является одной из основных специальных дисциплин и служит базой для изучения дисциплин «тяговые сети и тяговые подстанции электрического транспорта», «электрооборудование подвижного состава», «ремонт подвижного состава». Учебным планом для изучения данной дисциплины предусматриваются: · установочные лекции во время сессий; · самостоятельная работа над учебным материалом согласно рекомендован­ной литературе; · выполнение контрольных заданий, курсовой работы, лабораторных ра­бот; · консультации, подготовка к сдаче экзамена. предусматривает расчет параметров и построение характе­ристик тяговых электрических двигателей, расчет параметров и харак­теристик режимов пуска и торможения электроподвижного состава заданного типа. Целью лабораторных работ является приобретение навыков определения удельного основного сопротивления движению подвижного состава при работе двигателей и на выбеге. Установочные лекции имеют целью разъяснение наиболее трудных тем дисциплины, методики самостоятельной работы студентов с рекомендованной литературой. Для глубокого понимания и закрепления теоретического мате­риала, изученного по рекомендованной литературе, по каждой теме дисцип­лины необходимо ответить на все вопросы для самостоятельной проверки и решить соответствующие задачи контрольных заданий. Своевременному и ка­чественному выполнению контрольных заданий и курсовой работы придается особое значение, так как они являются письменным отчетом студентов о про­деланной самостоятельной работе по изучению учебного материала дисцип­лины. Основная и дополнительная литература по дисциплине приведена в конце настоящих методических указаний. Методические указания к изучению теоретической части дисциплины Введение Предмет и значение дисциплины в подготовке инженера - электромеха­ника. Краткий исторический обзор развития электрической тяги. Общие сведе­ния об электрическом транспорте. [1], с. 3-8; [4], с. 4-5; [5], с. 5-10; [6], с. 6-9, 19-29. Контрольные вопросы 1. Как классифицируется электрический транспорт по назначению, по конст­руктивному исполнению, по системе тока и типу используемых электрических тяговых двигателей? 2. Почему электрическая энергия к городскому электротранспорту подво­диться только на постоянном токе? 3. Какие значения напряжения контактной сети постоянного тока для ГЭТ приняты в нашей стране и за рубежом и чем они обусловлены? 4. Какие типы трамвайных вагонов и троллейбусов эксплуатируются в на­стоящее время в городах Украины? Раздел 1. Теоретические основы движения поезда Тема 1. Механика движения поезда Уравнение движения поезда. Определение коэффициента инерции вращающихся частей. Общий анализ основных режимов движения поезда. По­нятие о тяговых и тормозных характеристиках. Коэффициент жесткости. Кри­вые движения поезда и их свойства. [1], с. 9-24; [4], с. 6-15; [5], с. 11-21; [6], с. 55-62; [7], с. 170-178. Контрольные вопросы 1. Что представляет собой приведенная масса поезда? 2. Что учитывает коэффициент инерции вращающихся частей поезда? От чего зависит его величина? 3. Каковы значения коэффициента инерции вращающихся частей трамвай­ных вагонов и троллейбусов? 4. Напишите уравнение движения поезда в двух видах (формах). 5. Чем обусловлена необходимость введения в уравнение движения поезда переводных коэффициентов? Каковы их значения? 6. Назовите основные режимы движения поезда и силы, действующие на по­езд в этих режимах. 7. Что называют кривыми движения поезда? 8. При каких условиях в режимах тяги, выбега и торможения поезд дви­жется с установившейся (постоянной) скоростью? 9. Чему соответствует площадь под кривой движения V(t)? Тема 2. Реализация сил тяги и торможения Образование силы тяги и торможения, её ограничение по условиям сцепле­ния. Физические процессы образования силы сцепления. Коэффициент сцепления, его расчетные значения. Влияние расхождения электромеханических характеристик тяговых двигателей, типа провода, жесткости характеристик на реализацию силы сцепления. Мероприятия по повышению сцепления. [1], с. 25-38; [4], с. 16-35, 40-41; [5], с. 21-36; [6], с. 62-70; [7], с. 4-14. Контрольные вопросы 1. Объясните процесс возникновения силы сцепления отдельного колеса при действии на его движущего и тормозного момента. 2. Каковы условия нормального (без скольжения) качения колеса в режимах тяги и торможения? 3. Каково условие нормальной (без буксования) реализации силы тяги поезда? 4. Каково условие нормальной (без юза) реализации силы торможения поезда? 5. Какова природа силы сцепления? 6. Что называют сцепным и тормозным весом поезда? 7. Что называют расчетным коэффициентом сцепления? Каковы его значения для ПС ГЭТ? Тема 3. Силы сопротивления движению поезда Природа и классификация сил сопротивления движению. Основное сопротивление движению. Дополнительное сопротивление движению. Мероприятия по уменьшению сопротивления движению. Методы определения основного сопротивления движению. [1], с. 39-51; [4], с. 42-55; [5], с. 37-54; [6], с. 71-94; [7], с. 122-135. Контрольные вопросы 1. Что представляют собой полное, основное и дополнительное сопротивления движению поезда? От чего они зависят и чем обусловлены? 2. Чем обусловлена разница в расчетных значениях основного сопротивления движению в режиме тяги (электрического торможения) и в режиме выбега (механического торможения)? 3. В каком случае сила сопротивления движению может быть направлена по направлению движения поезда? 4. Назовите эксплуатационные и конструктивные мероприятия по уменьшению сопротивлению движению. 5. Что означает крутизна уклона, выраженная в тысячных долях (промиллях)? 6. Чему численно равно удельное сопротивление движению от уклона? 7. Как рассчитывают удельное сопротивление движению в кривых участках пути? Раздел 2. Характеристики тягового и тормозного режимов движения поезда Тема 4. Характеристики тяговых двигателей постоянного тока. Уравнения напряжений, моментов, мощностей. Электромеханические и тяговые (механические) характеристики двигателей различных систем возбуждения, отнесенные к валу двигателя и к ободу движущего колеса. [1], с. 52-65; [4], с. 67-77; [5], с. 55-73; [6], с. 95-97, 110-122; [7], с. 15-31. Контрольные вопросы 1. Нарисуйте энергетическую диаграмму (диаграмму электромеханического преобразования энергии) двигателя последовательного возбуждения и объясните её. 2. Напишите формулы ЭДС и вращающего момента, уравнения напряжений для цепи якоря двигателя и уравнения моментов в установившемся и переходном режимах. 3. Что называют электромеханическими характеристиками на валу тягового двигателя и от чего зависит их вид (форма)? 4. Что называют электромеханическими характеристиками на ободе движущегося колеса и от каких конструктивных параметров подвижного состава они зависят? 5. Чем обусловлено наличие в кривой КПД двигателя максимума? При каких режимах работы КПД двигателя равен нулю? 6. Какие виды потерь мощности имеют место в двигателе постоянного тока и от чего они зависят? 7. Каким образом при расчете электромеханических характеристик двигателя определяют сумму его механических и магнитных потерь? 8. Каким образом определяют потери в механической передаче тягового электропривода? 9. Каким образом при расчете электромеханических характеристик двигателя определяют значение магнитного потока возбуждения? 10. Что представляют собой основные и дополнительные магнитные потери тягового двигателя? Как учитывают дополнительные магнитные потери при нагрузке двигателя? 11. Двигатели каких систем возбуждения могут автоматически переходить в генераторный режим работы (в режим рекуперативного торможения) и почему? 12. Двигатели каких систем возбуждения имеют «мягкие» тяговые характеристики и какие – «жесткие»? 13. Чем обусловлено различие в степени жесткости тяговых характеристик двигателей последовательного и параллельного (независимого) возбуждения? 14. Почему ограничивается минимальная нагрузка двигателя последовательного возбуждения? Тема 5. Регулирование скорости подвижного состава Способы регулирования скорости. Регулирование скорости изменением напряжения, подведенного к якорям тяговых двигателей, и величины магнитного потока. Характеристики двигателей при изменении напряжения и магнитного потока. Регулировочные свойства тяговых двигателей. [1], с.66-80; [4], с. 77-86; [5], с. 101-113; [6], с.34-38; [7], с. 41-52. Контрольные вопросы 1. Назовите способы регулирования скорости тяговых двигателей постоянного тока. 2. Назовите способы изменения напряжения на зажимах тягового двигателя при заданном напряжении контактной сети. 3. Назовите способы регулирования магнитного потока тяговых двигателей различных систем возбуждения. 4. Что называют коэффициентом регулирования возбуждения? 5. Какова зависимость скорости и силы тяги от напряжения у тяговых двигателей последовательного и смешанного возбуждения? 6. Как влияет на КПД тяговых двигателей понижение напряжения и ослабление магнитного потока? 7. Почему при неизменных условиях движения и ослаблении магнитного потока возбуждения двига­телей скорость возрастает, а при усилении потока скорость снижается? 8. Соответствует ли значение коэффициента регулирования возбуждения степени ослабления магнитного потока? 9. Каково назначение индуктивного шунта? 10. Чем определяется допустимая степень ослабления магнитного потока тяговых двигателей ПС ГЭТ? 11. Какова методика приближенного перестроения характеристик тягового двигателя последовательного возбуждения V(I), Fк (I), Fк (V), соответствующих полному возбуждению, на ослабленное возбуждение? 12. Какова методика пересчета характеристик тягового двигателя последовательного возбуждения V(I), Fк (I), Fк (V), при изменении подведенного напряжения и при введении в цепь якоря резистора? 13. Как протекает процесс изменения скорости двигателей последовательного и смешанного возбуждения при изменении подведенного напряжения? 14. Как протекает процесс изменения скорости при уменьшении МДС возбуждения тягового двигателя последовательного возбуждения? Тема 6. Сравнение тяговых двигателей постоянного тока различных систем возбуждения Требования, предъявляемые к тяговым двигателям условиями работы на ЭПС. Электрическая и механическая устойчивость. Распределение нагрузки между тяговыми двигателями. Влияние колебаний напряже­ния в контактной сети на работу тяговых двигателей. Регулирование скорости, рекуперация, саморегулирование мощности тягового двигателя. Использование мощности тягового двигателя. Сравнительный анализ особенностей тяговых двигателей с различными системами возбуждения. [1], с.81-102; [4], с.87-98; [5], с.73-85; [6], с.95-105; [7], с.31-35 Контрольные вопросы 1. Перечислите основные требования, предъявляемые к тяговым двигателям условиями эксплуатации подвижного состава на линии. 2. Назовите условия электрической и механической устойчивости работы тягового двигателя. 3. Двигатели каких систем возбуждения электрически и механически устойчивы во всем диапазоне нагрузок и скоростей? 4. Какие двигатели электрически и механически неустойчивы? 5. Назовите основные причины несовпадения характеристик однотипных тяговых двигателей. 6. Каковы предельные значения расхождения характеристик однотипных тяговых двигателей, установленные ГОСТом 2582-81? 7. К чему приводит различие в характеристиках тяговых двигателей при их последовательном и параллельном соединении? 8. От чего зависит степень неравномерности распределения нагрузок при параллельном и последовательном соединении тяговых двигателей? 9. При каком электрическом соединении тяговых двигателей последствия боксования колесной пары особенно опасны? 10. Какие двигатели (более или менее быстроходные) нагружаются больше при параллельном или при последовательном соединении? 11. Какое условие следует соблюдать для обеспечения одинаковой скорости движения всех колесных пар моторного трамвайного вагона? 12. Двигатели каких систем возбуждения наименее и наиболее чувстви- тельны к колебаниям напряже­ния в контактной сети? 13. Какие двигатели наиболее приемлемы для ЭПС постоянного то ка с контакторно-реостатным управлением? Тема 7. Пуск поезда Процесс пуска поезда. Плавный реостатный пуск. Ступенчатый реостатный пуск. Расчет общего пускового сопротивления для одновременного пуска нескольких двигателей. Безреостатный пуск поезда. [ 1], с.104-129; [4], с.101-110; [5], с.89-101, 114-120; [6], с.38-45, 130-142; [ 7], с.52-69. Контрольные вопросы 1. Каковы требования к пуску поезда? 2. Нарисуйте и объясните диаграмму плавного реостатного пуска поезда. 3. Нарисуйте и объясните диаграммы изменения напряжения, ЭДС и распределения мощностей во время реостатного пуска одного тягового двигателя с неизменным пусковым током. 4. Что называют коэффициентом пуска поезда? 5. Каким образом можно уменьшить потери энергии в пусковых реостатах? 6. Что представляют собой коэффициенты неравномерности пуска по току, по силе тяги, по ускорению? В каком соотношении они находятся? 7. Как выбирают максимальный пусковой ток? 8. Объясните методику расчета и построения диаграммы ступенчатого реостатного пуска поезда. Тема 8. Механическое торможение поезда Классификация систем торможения. Колесно-колодочный, барабанный, дисковый тормоза. Расчет тормозной силы. Коэффициент трения. Ограничение силы нажатия колодок по сцеплению. Электромагнитные рельсовые тормоза. Движение поезда при механическом торможении. [ 1], с.130-142; [4], с.56-66; [5], с.121-132; [6], с.45-49, 153-160; [ 7], с.138-151. Контрольные вопросы 1. Какие системы механического торможения применяют на подвижном составе городского электротранспорта? 2. Почему на современных трамвайных вагонах не применяют колесно-колодочный тормоз? 3. Почему на трамвайных вагонах тормозной барабан устанавливают на валу двигателя или на входном валу редуктора? 4. От чего и каким образом зависит значение коэффициента трения тормозных колодок? 5. Что называют тормозным коэффициентом подвижного состава? 6. Что называют коэффициентом нажатия тормозных колодок? 7. Напишите формулу расчета удельной тормозной силы поезда. 8. Чем ограничивается сила нажатия тормозных колодок? 9. Какие типы приводов механических тормозов применяют на подвижном составе ГЭТ? Какой вид имеют тормозные характеристики механических тормозов? Каково условие устойчивости движения поезда при механическом торможении на спуске? Объясните устройство и принцип действия рельсового тормоза. Тема 9. Электрическое торможение поезда Принцип электрического торможения. Электрическое торможение ЭПС постоянного тока с контакторно-реостатным управлением. Реостатное торможение при тяговых машинах последовательного и смешанного возбуждения. Рекуперативное торможение. Электрическое торможение ЭПС постоянного тока с импульсным управлением. [1], с. 143-184; [4], с. 110-138, 148-156; [5], с. 132-155; [6], с.49-54, 160-169; [7], с. 151-169. Контрольные вопросы 1. Тяговые машины каких систем возбуждения пригодны для рекуперативного торможения при реостатно-контакторном и импульсном управлении подвижного состава? 2. Каково условие устойчивой работы на сеть с постоянным напряжением генераторов постоянного тока? 3. Благодаря какому свойству электрических машин возможно электрическое торможение? 4. Каковы преимущества электрического торможения по сравнению с механическим торможением? 5. Какие недостатки присущи электрическому торможению? 6. Назовите условия перехода тягового двигателя последовательного возбуждения в режим реостатного торможения? 7. Назовите условие электрической устойчивости реостатного торможения. 8. Как влияет величина тормозного сопротивления и скорости на процесс самовозбуждения генератора? 9. Назовите способы ускорения процесса самовозбуждения машины при реостатном торможении. 10. Какие ограничения налагают на тормозные характеристики при реостатном торможении? 11. Объясните методику расчета тормозных сопротивлений. 12. Исходя из каких соображений выбирают пределы колебаний тока и средний тормозной ток при реостатном торможении с целью остановки поезда? 13. Нарисуйте схемы включения тяговых двигателей последовательного и смешанного возбуждения при реостатном торможении. 14. Каким образом обеспечивают устойчивую работу и равномерное распределение нагрузок между двигателями при реостатном торможении? Раздел 3. Тяговые расчеты Тема 10. Расчет и построение кривых движения Методы интегрирования уравнения движения. Спрямление профиля пути. Графо-аналитический и графический способы расчета и построения кривых движения. Тормозные задачи. Построение кривых потребления поездом тока. Влияние изменений напряжения в тяговой сети на движение поезда. [2], с. 3-31; [4], с.213-229; [5], с. 156-178; [6], с.170-200; [7], с. 183-206. Контрольные вопросы 1. Каков порядок (последовательность) спрямления профиля? 2. Чем обусловлено ограничение длин элементов профиля, включенных в спрямляемую группу (участок)? 3. Что называют эквивалентным уклоном? 4. Какие спуски называют вредными и какие - безвредными? 5. Какие составляющие расхода энергии на движение поезда учитывают посредством введения эквивалентного уклона? 6. В чем различие среднего и эквивалентного уклонов? 7. Какие способы кусочной аппроксимации кривой действующей силы применяют при интегрировании уравнения движения методом конечных приращений? 8. Чем отличается графический способ построения кривых движения от расчетно-графического? 9. Порядок построения кривых движения на заданном перегоне расчетно-графическим способом. 10. Порядок построения кривых движения на заданном перегоне графическим способом. 11. Напишите уравнение масштабов при графическом способе построения кривых движения. 12. Назовите основные задачи тормозных расчетов. Тема 11. Расход энергии на движение поезда Энергетическая характеристика движения поезда. Определение расхода энергии по кривым потребляемого поездом тока и графическим способом. Аналитический расчет расхода энергии на движение поезда. Экономия и нормирование расхода электрической энергии. [2], с. 32-51; [4], с.229-241, 245-252; [5], с. 178-189, 192-196; [6], с.200-245; [7], с.222-227, 236-238, 265-281, 291-293. Контрольные вопросы 1. Назовите основные составляющие расхода электрической энергии на движение поезда. 2. Назовите способы определения расхода электроэнергии на движение поезда. 3. Объясните порядок построения кривых потребления поездом тока. 4. Объясните порядок построения графическим способом кривой расхода электроэнергии на движение поезда. 5. Назовите основные пути снижения расхода электроэнергии на движение поезда. 6. Как влияет скорость движения поезда на расход энергии? 7. Как влияет на расход энергии ослабление возбуждения и понижение напряжения на двигателях? 8. Какое влияние оказывают на расход электроэнергии величины тормозного замедления, скорости начала торможения, пускового ускорения, продолжительность стоянок на остановочных пунктах? Тема 12. Расчет нагревания электротягового оборудования Ограничение нагрузок по нагреванию. Нормы на тяговые электрические машины. Особенности расчетов нагревания тяговых двигателей. Теплоемкость, теплоотдача, постоянная времени нагревания. Расчет тепловых процессов в обмотке якоря тягового двигателя. Определение тепловых параметров по кривым нагревания и охлаждения. Определение тепловых характеристик по номинальным данным тяговых двигателей. Определение нагревания тяговых двигателей методом построения кривой нагревания. Проверка мощности тяговых двига­телей способом среднего квадратичного тока. [2], с. 52-74; [4], с.253-267; [5], с. 196-203; [6], с.245-250; [7], с.241-264. Контрольные вопросы 1. Какова цель расчета нагревания тяговых двигателей? 2. Каковы предельные допускаемые превышения температур частей тяговых электрических машин? 3. Какие режимы работы для тяговых двигателей установлены ГОСТ 2582-81 в качестве номинальных? 4. Что называют продолжительным и кратковременным номинальными режимами работы тяговых двигателей? 5. Какая часть тягового двигателя постоянного тока является наиболее опасной по нагреву? 6. Какие упрощения принимают при расчете нагревания тяговых двигателей? 7. Напишите уравнение баланса тепловой энергии для однородного твердого тела, эквивалентного по нагреву обмотке якоря тягового двигателя. 8. Напишите уравнение нагревания обмотки якоря тягового двигателя. 9. Напишите уравнение охлаждения обмотки якоря тягового двигателя. 10. Влияет ли теплоемкость на установившееся превышение температуры и на скорость нарастания температуры обмотки якоря? Раздел 4. Электроподвижной состав с бесколлекторными тяговыми двигателями Тема 13. Характеристики электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями Преимущества бесколлекторных тяговых двигателей. Системы с полупроводниковыми преобразователями. Регулирование режимов работы, статическая устойчивость, особенности конструкции, электромагнитный расчет асинхронных тяговых двигателей (АТД). [2], с. 75-100; [4], с.177-195; [8], с. 356-400. Контрольные вопросы 1. Назовите преимущества асинхронного тягового привода. 2. В каких энергетических режимах может работать АТД? 3. Назовите виды управляемых инверторов, которые применяются в частотно-управляемом асинхронном тяговом приводе. 4. Назовите электромагнитные моменты, которые в установившемся режиме могут иметь место в АТД. 5. С какой целью одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое к АТД напряжение? 6. Соблюдение какого условия обеспечивает наиболее экономичную работу АТД? 7. Соотношением каких параметров АТД обеспечивается оптимальный режим его работы? 8. Напишите общий закон экономичного регулирования режимов работы электроподвижного состава с АТД. 9. Назовите условия статической устойчивости работы АТД в различных зонах регулирования скоростей движения ЭПС. 10. Назовите особенности конструкции АТД. 11. Назовите порядок проведения электромагнитного расчета АТД. 12. Назовите порядок расчета характеристик АТД. Контрольные задания к практическим занятиям К выполнению контрольных заданий следует приступить только после изучения и усвоения соответствующего теоретического материала. Контрольные задания следует выполнять в ученической тетради или на стандартных листах бумаги, хорошо сброшюрованных и вложенных в обложку. На обложке или титульном листе указать название контрольного задания, номер варианта, фамилию и инициалы исполнителя, номер учебной группы. Решение каждой задачи должно содержать ее формулировку, полные расчеты и необходимые краткие пояснения к ним. Решение следует выполнять в общем виде и в полученные конечные (расчетные) формулы подставлять количественные значения всех величин, после чего необходимо написать результат расчета и указать единицу его измерения. Все записи следует выполнять аккуратно, четким почерком, без применения чернил или пасты красного цвета. Студент выполняет тот вариант контрольного задания, который совпадает с последней цифрой его учебного шифра. Номера задач для соответствующего варианта приведены в табл. 1. Таблица 1 – Варианты контрольных заданий Номер варианта Номера задач контрольных заданий 1 1 6 16 26 31 35 41 47 2 2 7 17 27 32 36 42 48 3 3 8 18 28 33 37 43 45 4 4 9 19 29 34 38 44 46 5 5 10 20 30 31 39 45 47 6 1 11 21 26 32 40 46 48 7 2 12 22 27 33 37 47 10 8 3 13 23 28 34 38 48 17 9 4 14 24 29 31 39 49 45 0 5 15 25 30 33 40 50 48 Тексты задач к контрольным заданиям приведены ниже. В конце текста каждой задачи указан порядковый номер рекомендованной литературы, главы и параграфы этой литературы, изучение которых позволит решить задачу. Задачи контрольных заданий Задача 1. Определить коэффициент инерции Кu , приведенную массу mпр и эквивалентную массу mэ вращающихся частей троллейбуса ЗИУ-9, имеющего физическую массу m=9,5 т и движущегося под действием ускоряющей силы Fу =11кН с ускорением а=1 м/с2 . [1],гл. 1; [4], §1.1. Задача 2. Определить приведенную массу mпр , физическую массу m, вес G и коэффициент инерции вращающихся частей Кu моторного трамвайного вагона, имеющего эквивалентную массу вращающихся частей mэ =2,5т и движущегося под действием ускоряющей силы Fу =30 кН с ускорением а=1,2 м/с2 . [1],гл. 1; [4], §1.1. Задача 3. Определить коэффициент инерции Кu и эквивалентную массу mэ вращающихся частей трамвайного поезда, состоящего из моторного вагона массой mм =16т и двух прицепных вагонов, каждый из которых имеет массу mп =10т. Коэффициент инерции вращающихся частей моторного и прицепных вагонов при­нять соответственно равными 1,12 и 1,08. [1],гл. 1; [4], §1.1. Задача 4. Определить коэффициент инерции вращающихся частей прицепного четырехосного вагона, если его масса m=14т, а масса одной колесной пары mв =0,45т. Среднее значение отношения радиуса инерции колесной пары к радиусу колес принять равным ρв /Rв=0,75. [1],гл. 1; [4], §1.1. Задача 5. Определить передаточное число редуктора моторного трамвайного вагона, если его фи­зическая масса m=28т, коэффициент инерции вращающихся частей Кu = 1+γ =1,14, масса одной колесной пары mк =0,45т, масса якоря тягового двигателя и связанных с ним элементов редуктора mя =0,1т, среднее значение отношений радиусов инерции колесной пары ρк и якоря ρя к радиусу колес Rк соответственно равны: ρк /Rк =0,75, ρя /Rк =0,4. [1],гл. 1; [4], §1.1. Задача 6. Определить наибольшую силу тяги трамвайного вагона типа КТМ-5М с пассажирами и без пассажиров, реализуемую без боксования колес. Масса тары вагона mв =18т, вместимость 140 человек, средняя масса пассажира 75 кг. Коэффициент сцепления ψ = 0,16. [1],гл. 2; [4], §2.1. Задача 7. Определить наибольшую силу тяги троллейбуса типа ЗиУ-9 с пассажирами и без пассажиров, реализуемую без боксования колес. Масса тары троллейбуса ЗиУ-9 mв =9,5т, вместимость 125 человек, средняя масса пассажира 75 кг, коэффициент сцепления ψ =0,35. [1],гл. 2; [4], §2.1. Задача 8. Определить наибольшую допустимую по сцеплению тормозную силу трамвайного вагона типа КТМ-5М с пассажирами и без пассажиров. Масса тары вагона mв =18т, вместимость 140 человек, средняя масса пассажира 75 кг, коэффициент сцепления ψ = 0,16. [1],гл. 2; [4], §2.1. Задача 9. Определить наибольшую допустимую по сцеплению тормозную силу троллейбуса ЗиУ-9 с пассажирами и без пассажиров. Масса тары троллейбуса mв =9,5т, вместимость 125 человек, средняя масса пассажира 75 кг, коэффициент сцепления ψ =0,35. [1],гл. 2; [4], §2.1. Задача 10. Определить мощность механических потерь в тяговых двигателях и механических передачах (редукторах) моторного трамвайного вагона типа КТМ-5M, имеюшего массу mв =28т и двигающегося со скоростью V =30км/ч. [1],гл. 3; [4], §3.2. Задача 11. Определить тормозную силу В, при которой моторный трамвайный вагон типа КТМ-5М массой m=25т на спуске с уклоном i = - 50 ‰ будет двигаться с наибольшей допустимой скоростью Vmax =25 км/ч. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1, 3.2, 3.3. Задача 12. Определить, на спуске какой крутизны трамвайный вагон массой m=25,5т будет двигаться с постоянной скоростью, если сумма тормозной силы и силы основного сопротивления движению В+Wо =10кН. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 13. Определить, на спуске какой крутизны моторный трамвайный вагон типа КТМ-5М массой 25т будет двигаться с постоянной скоростью V=15 км/ч, если тормозная сила В=20кН. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 14. Определить дополнительное сопротивление движению Wдоп трамвайного вагона типа КТМ-5М массой 24т при движении на криволинейном спуске с уклоном i = -10‰ и радиусом кривизны Rкр = 150м. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 15. Для троллейбуса типа ЗиУ-9 массой 15т определить сопротивление движению от уклона длиной 500м с высотами в начале и в конце соответственно hн =2м и hк =12м. Определить также увеличение потенциальной энергии поезда в конце подъема. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 16. Определить полное сопротивление движению для трамвайного вагона типа КТМ-5М массой 25т при движении в режиме тяги на криволинейном подъеме с уклоном i=20‰ и радиусом кривизны Rкр =150м со скоростью V=20 км/ч. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 17. Определить мощность механических потерь в тяговом двигателе и механической передаче троллейбуса типа ЗиУ-9 при скорости движения V=30 км/ч. Масса троллейбуса m=15т. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 18. Определить установившуюся скорость движения моторного трамвайного вагона типа КТМ-5М в режиме выбега на прямолинейном спуске с уклоном i= -13 ‰. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 19. Определить установившуюся скорость движения троллейбуса типа ЗиУ-9 в режиме выбега на спуске с уклоном i= -19‰. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 20. Определить установившуюся скорость движения моторного трамвайного вагона типа КТМ-5М в режиме выбега на криволинейном спуске с уклоном i= -20‰ и радиусом кривизны Rкр =450м. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 21. Определить полное сопротивление движению для троллейбуса ЗиУ-9 массой 15т при движении в режиме тяги на подъеме с уклоном i=10‰ со скоростью V=30 км/ч. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 22. Определить удельную силу электрического торможения, при которой трамвайный вагон типа КТМ-5М при движении на криволинейном спуске с уклоном i= - 20 ‰ и радиусом кривизны Rкр =75м не превысит максимально допустимую скорость Vm ах.кр =20 км/ч. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 23. Определить пусковую силу тяги Fп трамвайного вагона типа КТМ-5М и троллейбуса типа ЗиУ-9 в момент трогания (V=0) на прямолинейном подъеме с уклоном i=2‰, если пусковое ускоренрие aп =0,4 м/с2 . Вес трамвая 250кН, приведенная масса 28,6т. Вес троллейбуса 180 кН, приведенная масса 21 т. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 24. Определить ускорение трамвайного вагона типа КТМ-5М и троллейбуса типа ЗиУ-9 на прямом и горизонтальном участке пути, если при скорости V=50 км/ч сила тяги F=5000Н. Вес трамвая G =250кН, приведенная масса mп =28,6т. Вес троллейбуса G =150кН, приведенная масса mп =17,5т. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 25. Определить величину ускорения трамвайного вагона типа КТМ-5М в момент трогания (V=0) на криволинейном спуске с уклоном i= -2‰ и радиусом кривизны Rкр =90м, если пусковая сила тяги Fп =10кН. Вес трамвая G=250 кН, приведенная масса mп =28,6 т. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 26. Определить, при каком значении коэффициента сцепления ψ будет невозможна реализация тормозной силы В=29кН, развиваемой при электрическом торможении трамвайного вагона весом G=235кН. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 27. При механическом торможении на прямолинейном спуске с уклоном i= -39,5‰ трамвайный вагон типа КТМ-5М движется с установившейся скоростью Vy =10км/ч. Определить величину тормозной илы вагона, если его вес G=235кН. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 28. Определить, возможно ли остановить трамвайный вагон типа КТМ-5М на прямолинейном пуске с уклоном 1= -100‰, если тормозная сила вагона В=20кН, скорость начала торможения Vт =30км/ч. Вес вагона G=240кН, коэффициент инерции вращающихся частей вагона 1+γ=1,12. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 29. Определить пусковую силу тяги Fп трамвайного вагона типа КТМ-5М и троллейбуса типа ЗиУ-9 в момент трогания с места (V=0) на прямолинейном спуске с уклоном i= -2‰, если начальное значение пускового ускорения анач =0,3 м/с2 . Вес трамвая 220кН, троллейбуса - 150кН, коэффициент инерции вращающихся частей трамвая и троллейбуса 1+ γ =1,12. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 30. Определить величину тормозного замедления ат в момент начала механического торможения трамвайного вагона типа КТМ-5М на прямолинейном спуске с уклоном i= -5‰, если тормозная сила В=20кН, вес вагона G=235кН, коэффициент инерции вращающихся частей вагона 1+γ=1,12, скорость начала торможения Vт =30км/ч. [1],гл. 1,3; [4], §1.1, 3.1 - 3.3. Задача 31. Определить величину допустимого по сцеплению максимального прямолинейного подъема, который может преодолеть трамвайный вагон типа КТМ-5М со скоростью V=30 км/ч при коэффициенте сцепления колес с рельсами ψ =0,16. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 32. Определить величину допустимого по сцеплению максимального прямолинейного подъема, на котором возможно трогание с места (V=0) трамвайного вагона типа КТМ-5М с ускорением анач =0,4 м/с2 , если коэффициент сцепления колес с рельсами ψ=0,16, коэффициент инерции вращающихся частей вагона 1+γ=1,14. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 33. Определить величину допустимого по сцеплению максимального подъема, который может преодолеть троллейбус типа ЗиУ-9 со скоростью 30 км/ч при коэффициенте сцепления колес с дорожным по­крытием ψ=0,35. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 34. Определить величину допустимого по сцеплению максимального подъема, на котором возможно трогание с места (V=0) троллейбуса типа ЗиУ-9 с ускорением анач =0,3 м/с2 , если коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием ψ=0,35, коэффициент инерции вращающихся частей троллейбуса 1+ γ =1,15. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 35. Определить величину замедления ат и тормозной путь Lт трамвайного вагона типа КТМ-5М при экстренном торможении рельсовым тормозом на прямом и горизонтальном участке пути. Скорость начала торможения Vт =30км/ч, вес вагона G= 250кН, коэффициент инерции вращающихся частей вагона 1+ γ =1,12, среднее значение коэффициента трения тормозного башмака о рельс φр =0,14, площадь соприкосновения с рельсом одного полюсного башмака S=0,2 м2 , магнитная индукция в зазоре между башмаком и рельсом Вδ =1,2 Тл. [1],гл. 1,3,4; [4], §1.1, 3.1 - 3.3,4.4. Задача 36. Определить величину замедления ат трамвайного вагона типа КТМ-5М в начальный мо­мент экстренного торможения рельсовым тормозом на прямом и горизонтальном участке пути. Скорость начала торможения Vт =50км/ч, вес вагона G=230кН, коэффициент инерции вращающихся частей 1+ γ =1,12, площадь соприкосновения одного полюсного башмака с рельсом S=0,18 м2 , магнитная индукция в зазоре меж­ду башмаком и рельсом Вδ =1,3 Тл, коэффициент трения тормозного башмака о рельс определяется из выраже­ния . [1],гл. 1,3,4; [4], §1.1, 3.1 - 3.3,4.4. Задача 37. Определить величину допустимого по сцеплению максимального прямолинейного спуска, на котором можно затормозить трамвайный вагон типа КТМ-5М при электрическом торможении с замедлением 1м/с2 , если коэффициент сцепления колес с рельсами ψ=0,15, коэффициент инерции вращающихся чаcтей вагона 1+ γ =1,12. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 38. Определить величину допустимого максимального криволинейного спуска, на котором трамвайный вагон типа КТМ-5М в режиме электрического торможения будет двигаться равномерно со скоростью V=10км/ч, если коэффициент сцепления колес с рельсами ψ=0,15, коэффициент инерции вра­щающихся частей вагона 1+γ=1,12, радиус кривизны спуска Rкр =150м. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 39. Определить величину допустимого по сцеплению максимального спуска, на котором троллейбус типа ЗиУ-9 будет двигаться при электрическом торможении с замедлением 1м/с2 , если коэффициент сцепления колес с полотном дороги ψ=0,35, коэффициент инерции вращающихся частей 1+γ=1,12. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 40. Определить величину допустимого по сцеплению максимального спуска, на котором троллейбус типа ЗиУ-9 в режиме электрического торможения будет двигаться равномерно со скоростью V=10 км/ч, если коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием ψ =0,35, коэффициент инерции вращающихся частей 1+ γ =1,12. [1],гл. 1,2,3; [4], §1.1, 2.1,3.1 - 3.3; [5], §22. Задача 41. Определить наибольшую допустимую по сцеплению силу нажатия на одну тормозную колодку барабанного тормоза троллейбуса, если коэффициент нажaтия тормозных колодок δ=2, диаметр тормозного барабана Дб =400 мм, диаметр движущего колеса Дк =1070 мм, вес троллейбуса G=150 кН. [1], гл. 8; [4], §4.2; [6], §6.2. Задача 42. Определить тормозную силу В, создаваемую тяговым двигателем последовательного возбуждения при реостатном торможении, если при токе якоря Iт =200 А и скорости V=20 км/ч электродвижущая сила якоря Е=600 В. Суммарные магнитные и механические потери в двигателе и передаче ΔРт = (ΔРм + ΔРмх + ΔРз )= 4 кВт. [1], гл. 4,9; [4], §5.1, 6.2, 6.3. Задача 43. Определить равнодействующую (суммарную) тормозную силу троллейбуса ЗиУ-9 массой m=15т, если при движении на спуске с уклоном i=-20‰ при скорости V=30км/ч ток якоря двигателя ДК-211 А, работающего в режиме реостатного торможения, Iт =350 А, ЭДС Е=800 В, суммарные магнитные и механические потери в двигателе и передаче ΔРт = (ΔРм + ΔРмх + ΔРз )= 5 кВт. [1], гл. 4,9; [4], §5.1, 6.2, 6.3. Задача 44. Определить наибольшую допустимую по сцеплению силу нажатия Кm ах на одну тормозную колодку барабанного тормоза трамвайного вагона типа КТМ-5М, если коэффициент нажатия тормозных колодок δ =0,6, передаточное число редуктора µ =7,143, диаметр движущего колеса Дк =0,7м, диаметр тормозного барабана Дб =200 мм, КПД механической передачи (редуктора) ηз = 0,96, масса вагона m=25т, число прижимаемых к тормозному барабану колодок n=2. [1], гл. 8; [4], §4.2; [6], §6.2. Задача 45. В номинальном режиме работы ЭДС якоря тягового двигателя Еном =0,9Uном . Определить, как изменится ток якоря I и электромагнитный момент Мэм двигателя по отношению к их номинальным значениям Iном и Мэм.ном , если магнитный поток уменьшится до значения Ф=0,8Фном , а частота вращения (скорость движения) останется прежней, равной номинальному значению (n=nном =соnst). [1], гл. 5; [4], §5.2. Задача 46. Два тяговых двигателя ДК-261А в соответствии со своими характеристиками при U=Uном =275 В и I=Iном =250 А имеют частоты вращения 1430 и 1480 об/мин. Какова будет частота врaщения двигателей при их последовательном включении к напряжению контактной сети Uк=550 В и токе нагрузки I=Iном =250 А? В каком соотношении будут находится их ЭДС и электромагнитные моменты (силы тяги)? [1], гл. 6; [4], §5.3. Задача 47. Тяговый двигатель последовательного возбуждения ДК-211Б имеет следующие номинальные данные: Рном =150 кВт, Uном =550 В, nном =1860 об/мин, сопротивление двигателя при 115°С r115° =0,12 Ом, номинальный КПД ηном =91%. Как изменится ток якоря двигателя I, ЭДС якоря Е, полезная мощность на валу Р, частота вращения n и КПД η, если напряжение сети снизится на 20%, а момент на валу двигателя останется прежним (не изменится). Изменением внутреннего момента сопротивления двигателя ΔМ пренебречь. [1], гл. 4,5; [4], §5.1, 5.2. Задача 48. Тяговый двигатель последовательного возбуждения ТЕ-022 имеет следующие номинальные данные: Рном =45 кВт, Uном =300 В, nном =1750 об/мин, сопротивление двигателя r115° =0,152 Ом, число парал­лельных ветвей обмотки якоря 2а=2, число пар полюсов р=2, число проводников обмотки якоря N=290, номинальный КПД двигателя ηном =91‰. Определить ток якоря I, ЭДС якоря Е, магнитный поток Ф, мощность на валу Р, частоту вращения n и КПД двигателя η при понижении напряжения на 25% и неизменном моменте на валу. Изменением внутреннего момента сопротивления двигателя ΔМ пренебречь. [1], гл. 4,5; [4], §5.1, 5.2. Задача 49. Определить силу тяги F моторного трамвайного вагона, если мощность на валу тягового двигателя Р=40 кВт, частота вращения n=1200 об/мин, передаточное число редуктора µ=7,17, коэффициент полезного действия редуктора (передачи) ηз =0,96, диаметр движущих колес Дк =0,7м. [1], гл. 1,4; [4], §1.2, 5.1. Задача 50. Заданные характеристики скорости V(I) и силы тяги Fк (I) двигателя, соответствующие диаметру ведущего колеса Дк =0,7м и передаточному числу редуктора µ=7,143 пересчитать на диаметр ведущего колеса Дк1 =0,68 м и передаточное число µ1 =6,71. Характеристики V(I) и Fк (I) заданы в виде таблицы. I, А | 100 200 250 300 V, км/ч 56 33,5 28,5 26,5 Fк , Н 3500 8000 10250 12500 Заданные и полученные характеристики пострoить в общих осях координат. [1], гл. 1,4; [4], §1.2, 5.1. Контрольное задание № 2 Рассчитать значения величин, указанных в таблице 2 вопросительным знаком, характеризующих движение троллейбуса в режиме тяги с постоянной скоростью. В таблице 2 приняты следующие обозначения: Дк – диаметр движущих и поддерживающих колес, м; ΔРз % = 100· ΔРз /Р1 – потери мощности в механической передаче, %; ηд – КПД на валу тягового двигателя, о.е.; ηз – КПД механической передачи, о.е.; η – КПД тягового двигателя, отнесенный к ободу движущих колес, о.е.; µ - w / w к – передаточное число механической передачи; Р1 – подведенная к двигателю мощность, кВт; Р2 – отдаваемая двигателем (полезная) мощность, кВт; Р – мощность на ободе движущих колес, кВт; М – вращающий момент на валу двигателя, Н·м; V – поступательная скорость движения троллейбуса, км/ч; w – угловая скорость вала двигателя, рад/с; m – масса троллейбуса, т; mпр – приведення к скорости V масса троллейбуса, т; Кн – коэффиц2иент инерции вращающихся частей троллейбуса; Jя – момент инерции якоря двигателя, включая части механической передачи, жестко связанные с его валом, кг·м2 ; Jк – момент инерции поддерживающих и движущих колес с полуосями и жестко связанными с ними элементами механической передачи, кг·м2 ; Jпр – приведенный к угловой скорости вала двигателя момент инерции тролей­буса, кг·м2 ; W – полное сопротивление движению троллейбуса, кН; w0 = 12+0,004·V2 – удельное основное сопротивление движению троллейбуса, Н/кН; і – уклон профиля пути, ‰ . Методические указания При выполнении данного контрольного задания следует руководство­ваться материалом, изложенным в [1], с.9-16, 39-49, 52-55 и [3], с. 4-6, 15-17, 25-32. Таблица 2 – Исходные данные к расчету параметров тягового электропривода и движения троллейбуса. № Дк ΔРз ηд ηз η µ Р1 Р2 Р М V ω m mпр Kи Jя Jк Jпр W w0 і м % о.е. о.е. о.е. о.е. кВт кВт кВт Н·м км/ч Рад/с Т Т о.е. кг·м2 кг·м2 кг·м2 кН Н/кН ‰ 1 1,07 6 0,85 ? ? 11,4 ? ? ? ? 40 ? 18 ? ? 3,2 70 ? 5 ? ? 2 1,10 ? ? 0,94 ? 11,3 68 ? 55 ? 45 ? 16 ? ? 3,5 65 ? ? ? ? 3 1,10 5 0,84 ? ? 12,0 ? ? 52 220 ? 250 20 ? ? 3,4 75 ? ? ? ? 4 1,07 ? ? 0,95 ? 12,0 60 ? ? ? 36 ? 22 ? 1,1 ? 80 ? ? ? 5 5 1,07 4,5 0,82 ? ? ? ? ? ? ? ? 240 18 ? ? 3,2 ? 43 ? 18,4 9,9 6 ? 5 0,83 ? ? 11,4 ? ? ? ? 30 173 17 ? ? ? 70 45 ? ? 7 7 ? ? ? 0,94 ? 11,3 67 ? ? ? ? 257 16 ? ? 3,3 68 ? ? 20,1 8 8 1,1 5 0,84 ? ? 12,0 ? ? 53 220 ? 250 20 ? ? 3,3 77 ? ? ? ? 9 1,07 6 0,85 ? ? 11,3 ? ? ? ? ? ? 19 ? ? 3,1 70 ? 6 22 ? 0 1,1 4,6 0,83 ? ? ? ? ? 50 ? ? 235 18 ? ? 3,0 80 ? ? 18,4 ? Методические указания к курсовой работе состоит из пояснительной записки и чертежей. Текст пояснительной записки должен быть написан темными чернилами или пастой, грамотно, без сокращения слов. Все графики выполняются на миллиметровой бумаге черным карандашом на форматах А3 (297х420) и А4 (210х297). Программа задания на курсовую работу состоит из десяти пунктов, для каждого из которых даны методические указания. Задание на курсовую работу выдается каждому студенту индивидуально. Технические данные и характеристики тяговых двигателей последовательного возбуждения, устанавливаемых на трамваях и троллейбусах, приведены в таблицах 2 и 3. Таблица 3 – Основные технические данные тяговых двигателей Параметр Для трамваев Для троллейбусов ДК-261А ТЕ-022 ДК-211А ДК-211Б Напряжение на коллекторе Uд , В 275 300 550 550 550 Мощность на валу Рч , кВт 60 41 150 150 Ток часового режима Iч , А 250 150 300 300 Частота вращения nч /nm ах , об/мин 1700/4060 1750/4200 1750/3900 1860/3900 Коеффициент полез. действ. ηч , % 87,3 91,0 91,3 91,3 Обмотка якоря Класс изоляции Н 278 В Н Н Число проводников N 278 290 420 420 Число пар параллельных ветвей а 1 1 2 2 Сопротивление rя , Ом 0,0455 0,0745 0,044 0,044 Обмотка главных полюсов Число пар полюсов p 2 2 2 2 Число витков на полюс Wс 30 20 27 27 Сопротивление rс , Ом 0,0532 0,0355 0,054 0,054 Обмотка добавочных полюсов Число витков на полюс Wдп 20 22 0,0335 15 15 15 Сопротивление rдп , Ом 0,0201 0,0335 0,016 0,016 Температура, при которой измерено сопротивление обмоток, °С 130 100 130 130 Примечание. В расчетах сопротивление обмотки привести к 115 0 С Таблица 4 – Характеристики скорости, силы тяги и КПД на ободе движущего колеса при номинальном напряжении и полном поле тяговых двигателей трамвая и троллейбуса I,A ДК-261А ТЕ-022 ДК-211А ДК-211Б α = 100 % α = 100 % α = 100 % α = 100 % V, км/ч Fk , Н η , % V, км\ч Fk , Н η , % V, км\ч Fk , Н η , % V, км\ч Fk , Н η , % 75 100 150 200 250 300 350 400 - 33,6 26,6 22,2 20,0 18,5 - - - 2840 5180 7800 10780 13600 - - - 88 87,5 86,5 85 83 - - 44 38,6 31,6 27,9 25,4 23,4 21,8 - 1760 2720 4730 7000 9270 11900 - - 90,5 91,2 90,1 88,3 86,2 84,2 82,5 - - 40 31,3 27 24,3 22,7 21,3 20,4 - 4169 8535 13145 18050 23152 28498 33746 - 86 89 89,5 89,1 88,5 87,5 86,2 - 41,3 32,3 27,2 24,2 22,4 21,4 20,8 - 3875 8339 12949 17950 23152 28547 33845 - 86,2 88,8 89,5 89,3 88,6 87,4 86,0 µ Дк ,м Uд ,в Ki 7,17 0,7 275 0,06 7,43 0,7 300 0,05 11,4 1,07 550 0,07 11,4 1,07 550 0,07 На основании технических данных и характеристик тяговых двигателей, приведенных в табл. 3, 4, выполнить следующие пункты задания. Задача 1. Для номинального (часового) режима работы тягового двигателя определить: скорость Vном , ток якоря Iном , электродвижущую силу (ЭДС) Еном , магнитный поток Фном , электромагнитную мощность Рэм.ном , электромагнитный момент Мэм.ном , электромагнитную силу тяги Fэм.ном , вращающий момент на валу Мном , электрические потери в обмотках ΔРэ ном , суммарные магнитные и механические потери (ΔРм +ΔРмх )ном, внутреннюю потерю момента ΔМном . [1], гл. 4; [4], §5.1; [5], §4.1; 4.2. Методические указания Решение задачи базируется на знании студентами основных формул и уравнений, с помощью которых могут быть объяснены физические процессы различных режимов работы электрической машины и которые являются исходными для других математических выражений, описывающих работу машины. Такими формулами являются: 1. Уравнение напряжений для цепи якоря двигателя [1, ф-лы (4.3), (4.11)]; 2. Выражение для ЭДС [1, ф-лы (4.5), (4.6), (4.9)]; 3. Уравнения мощностей [1, ф-лы (4.18)-(4.91)] и моментов [1, ф-лы (4.14)-(4.17)]. Задача 2. Характеристики тягового двигателя V(I), Fк (I), Fк (V), соответствующие номинальному напряжению и полному возбуждению (см. табл.4), приближенно пересчитать на ослабленное на 50% возбужде­ние. Характеристики, соответствующие полному и ослабленному полю, построить в общих осях координат. [1], гл. 5; [3], гл. 5; [4], §5.2; [5], §5.4. Методические указания Для пересчета и построения скоростной характеристики, соответствующей ослабленному возбуждению, необходимо абсциссы каждой точки кривой, соответствующей полному возбуждению, увеличить в 1/α раз, где α- коэффициент регулирования возбуждения. Для пересчета и построения характеристики силы тяги, соответствующей ослабленному возбуждению, необходимо абсциссы и ординаты каждой точки характеристики, соответствующей полному полю (α=1), уве­личить в 1/α раз. Тяговая характеристика Fк (V), соответствующая ослабленному полю, строится посредством увеличения в 1/α раз ординат всех точек характеристики, соответствующей полному полю. Данные расчета представить в виде таблиц. Задача 3 Характеристики тягового двигателя V(I), Fк (I), Fк (V), η (I) соответствующие номинальному напряжению и полному возбуждению (см.табл.4), пересчитать на напряжение, на 20% меньшее номинального значения. Характеристики, соответствующие номинальному и пониженному напряжению, построить в общих осях координат. [1], гл. 5; [3], гл. 5; [4], §5.2; [5], §5.3. Методические указания При пересчете скоростной характеристики на пониженное напряжение необходимо иметь в виду, что у двигателя последовательного возбуждения при различных напряжениях и одинаковых токах якоря одинаковы и магнитные потоки. Характеристика силы тяги двигателя последовательного возбуждения практически не зависит от напряжения, так как не зависит от напряжения магнитный поток. Тяговую характеристику двигателя строят на основании значений скорости, соответствующих пониженному напряжению, и значений силы тяги при номинальном напряжении (см.табл.4) и соответствующих значениях тока якоря. Характеристику КПД двигателя пересчитать по формуле: , где η - значение КПД при токе I и напряжении U=U: ном ; U1 – пониженное напряжение. Данные расчетов представить в виде таблиц. Задача 4. Построить пусковую диаграмму ступенчатого реостатного пуска поезда (трамвая, троллейбуса), определить сопротивления ступеней пускового реостата и коэффициент неравномерности пуска по силе тяги Кf . Значение максимального пускового тока принять равным Iп. m ах =1,2 Iч . Расчет пусковых сопротивле­ний произвести для схем без перегруппировки двигателей. [1], гл. 7; [4], §6.1; [5], §5.1. Методические указания Пусковую диаграмму (рис.1) построить в выбранных масштабах скорости mv , тока mi , силы тяги mf , сопротивления mr . Рекомендуется принять следующие значения масштабов: mv = 4 мм/(км/ч), mi = 0,4 мм/А, mf = 0,004 мм/Н, mr = 80 мм/Ом. Характеристики скорости V(I) и силы тяги Fк (I) построить по данным табл.4. Рис.1- Пусковая диаграмма ступенчатого реостатного пуска поезда Значения среднего и минимального пускового тока рассчитать по формулам: Iп =Iп. m ах /(1+КI ); Iп. min =Iп (1-КI ), где КI - коэффициент неравномерности пуска по току, значения которого приведены в табл.4. Порядок построения диаграммы следующий. Проводят вертикальные линии А` В` и С`Д` (см.рис.1), соответствующие токам Iпmin и Iп max . Строят линии АВ и СД зависимости R(V), соответствующие токам Iпmin и Iп max . При скорости V=0 значения сопротивления пускового реостата рассчитывают по формулам: , Ом ; , Ом , где Uд – напряжение на зажимах двигателя (см.табл.3); r – сопротивление цепи якоря двигателя при 1150 С; m – число последовательно соединенных двигателей при пуске; р – число параллельных цепей, в каждую из которых последовательно включено m двигателей. Для четырехосных моторных трамвайных вагонов m=2, р=2. Построение ломаной линии 1, 2,....7 внутри прямых АВ и СД удобно проводить в следующем порядке. Из точки Д проводят горизонтальную линию до пересечения с прямой АВ в точке 7, а из точки 7 - вертикальную линию до пересечения с прямой СД в точке 6, далее из точки 6 - следующую горизонтальную линию и т.д., как показано в левой части рис.1. Отрезки КО, 2Е, 4F и т.д. между вертикальными отрезками ломаной линии и осью ординат соответствуют в масштабе mR величинам сопротивлений ступеней реостата по позициям, а отрезки 1-2, 3-4 и т.д. - секциям реостата, которые нужно выводить для получения колебаний тока от Iпmin до Iп max .. Для построения диаграммы изменения тока точки 1-2, 3-4,...7-Д на прямых АВи СД соединяют горизонтальными линиями и продолжают их до пересечения прямых А'В' и С`Д' в правой части рисунка. Далее, соединяя точки К`, 1`,..., Д` линиями, строят диаграмму тока. Линии К`-1`, 2`-3` и т.д. представляют собой части реостатных характеристик при пусковых сопротивлениях соответственно R1, R2, R3 и т.д., значения которых определяют по выражениям: R1 = KO/mR ,R2 = 2E/ mR ,R3 = 4F/ mR и т.д. Коэффициент неравномерности пуска по силе тяги определяют как отношение отклонения ΔFкп пусковой силы тяги от ее среднего значения Fкп (см.рис. 1): KF = ΔFкп /Fкп . Коэффициент КF >КI , так как колебания силы тяги, зависящей от произведения тока якоря и магнитного потока, несколько больше колебаний пускового тока. Задача 5. Определить среднее пусковое ускорение ап поезда, коэффициент неравномерности пускового ускорения Ка и пусковой путь Lп при движении на прямолинейном подъеме с уклоном i=5‰. Значение среднего удельного основного сопротивления движению за время пуска определить для значения скорости V=0,7Vп по формулам: для трамвая wo . cp = 5+0,005V2 = 5+0,005(0,7Vп )2 ; для троллейбуса wo . cp = 12+0,004V2 = 12+0,004(0,7Vп )2 , где Vп - пусковая скорость, соответствующая пусковому току Iп (см.рис. 1). Вес трамвая принять равным 230 кН, троллейбуса - 160 кН. Коэффициент инерции вращающихся частей трамвая и троллейбуса принять равным 1,12. [1], гл. 1,7; [4], §1.3, 6.1; [5], §2.1, 5.1. Методические указания Ускорение ап находят из уравнения движения поезда для режима пуска на прямолинейном подъеме. Расчетную формулу удобно записать в следующем виде: