Розрахунок тягових характеристик тепловозів з електричною передачею і електровозів - курсова робота

Призначення і устройство.Трансформатором називається статичне електромагнітний пристрій, призначений для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. Збільшення напруги здійснюється за допомогою підвищувальних трансформаторів. зменшення - понижуючих.

Принцип дії. Принцип дії трансформатора, заснований на явищі взаємоіндукції, розглянемо на прикладі однофазного двохобмотувальні трансформатора (рис. 6.3). Якщо на первинну обмотку з числом витків W1 подати змінну напругу u1. то протікає по обмотці змінний струм i1 створить в муздрамтеатрі змінний магнітний потік Ф. пронизливий обидві обмотки трансформатора і індукує в них змінні ЕРС е1 і е2. Якщо до вторинної обмотки підключити навантаження, то під дією ЕРС е2 в колі вторинної обмотки буде протікати змінний струм i2. Ставлення ЕРС, яке дорівнює відношенню числа витків первинної і вторинної обмоток називається коефіцієнтом трансформації трансформатора:

Нехтуючи незначними падіннями напруги в обмотках, ставлення ЕРС можна замінити відношенням напруг:

Отже, у підвищувальних трансформаторів k1.

Перетворення енергії в трансформаторах відбувається з незначними втратами, і підводиться до трансформатора повна потужність приблизно дорівнює віддається повної потужності. Звідки, тобто

Отже, по обмотці ВН протікає струм приблизно в k разів менший, ніж по обмотці НН.

З огляду на це, обмотку ВН, що має більше число витків, виконують проводом меншого перетину, ніж обмотку НН

3. Створення сили тяги локомотива

У локомотивах освіту рушійної сили (сили тяги) відбувається внаслідок взаємодії колісних пар з рейками за рахунок крутного моменту, створюваного тяговим двигуном (рис.3.1). До колісній парі 1 прикладений крутний момент Мк. який передається від двигуна 2 через зубчастий редуктор, що складається з шестерні 3 і зубчастого колеса 4. Шестерня 3 закріплена на валу ТЕД, а зубчасте колесо 4 - на осі колісної пари.

Момент, що обертає на колісній парі дорівнює

де Мд - момент на валу двигуна, Н. м;

μ - передавальне число зубчастої передачі;

ηз - коефіцієнт корисної дії зубчастої передачі.

Момент Мк зазвичай представляють у вигляді пари сил F1 і F2 з плечем Dк / 2, одна з яких (F1) прикладена до обода колеса в точці дотику з рейкою (точка А), а інша (F2) - до осі колісної пари. Оскільки сили F1 і F2. діючі на колісну пару, рівні за величиною і протилежно спрямовані, то вони врівноважують один одного і не викликають поступального руху коліс.

Очевидно, що поступальний рух колісної пари буде можливо в тому випадку, якщо компенсувати дію сили F1 будь-якої додаткової силою і порушити тим самим баланс сил F1 і F2. Подібна ситуація виникає, коли колісна пара (далі для скорочення - колесо) контактує з рейкою і притиснута до нього силою тяжіння Gт.

Рис.3.1. Освіта сили тяги. 1 - колісна пара; 2 - тяговий електродвигун; 3 - шестерня; 4 - велике зубчасте колесо

Сила тяжіння Gт. яка припадає на одну вісь локомотива, прикладена до колеса і через точку контакту А діє на рейку (рис.6.1). Реакція рейки на колесо Gр по III закону Ньютона дорівнює значенню сили тяжіння Gт по модулю і протилежна їй за напрямком. Зазначені сили, що діють на колесо у вертикальній площині, врівноважують один одного.

У горизонтальній площині до обода колеса прикладена сила F1. яка, як і сила тяжіння Gт. через точку контакту А діє на рейку (сила F1 спрямована уздовж поверхні рейок, тому в разі їх ненадійного кріплення має місце явище, відоме як "викрадення шляху"). Реакція рейки Fр по III закону Ньютона дорівнює силі F1 по модулю і протилежна їй за напрямком. Тому сили F1 і Fр. діючі на колесо в точці А, врівноважують один одного. Сила F2 залишається нестійкою, що викликає кочення колеса і його поступальний рух щодо рейки.

Отже, рушійною силою (силою тяги) колісної пари є сила F2. що розвивається тяговим двигуном. Для зручності розрахунку її значень, на практиці в якості сили тяги домовилися вважати силу реакції рейки Fр. рівну за величиною силам F1 і F2 [11]. При цьому значення сил визначають, розглядаючи рівність моментів

Відзначимо, що дане рівняння було використано при побудові електротяги характеристик локомотивів для розрахунку сили тяги ТЕД на ободі колеса Fкд

Оскільки сила Fр діє по дотичній до колеса, її називають дотичній силою тяги. Для локомотива в цілому дотичну силу тяги Fк можна визначити як

де nос - число рушійних осей локомотива;

m - кількість тягових електродвигунів на локомотиві.

Таким чином, кочення колісної пари по рейці відбувається, якщо до неї прикладена пара сил F1 і F2 (крутний момент від тягового двигуна) і сила F1 врівноважена реакцією рейки Fр. Сформулюємо особливості сили Fр як дотичній сили тяги:

сила Fр. будучи силою реакції. виникає тільки під дією сили F1. дорівнює їй за модулем і тому пропорційна величині крутного моменту ТЕД МД;

реакція Fр. будучи за своєю природою силою тертя. виникає при наявності контакту колеса з рейкою і сили, що притискує їх один до одного (сили тяжіння); рівень сили Fр не може перевищувати деякої максимальної величини, яку називають силою зчеплення коліс з рейками Fсц.

Отже, дотична сила тяги - це сила реакції рейки на колесо, що виникає під дією зовнішнього крутного моменту і обмежена силою зчеплення колеса з рейкою.

При збільшенні крутного моменту на колесі Мк дотична сила тяги Fр. рівна силі тяги ТЕД Fкд. зростає аж до рівня, відповідного силі зчеплення Fсц (зона I на рис.3.2). Подальше підвищення моменту Мк (зона II) призводить до порушення умови кочення колеса F1 = Fр. Сила F1. рівна Fкд. врівноважується силою Fр. рівній Fсц. В результаті відбувається зрив зчеплення і починається боксування, тобто прослизання колеса відносно поверхні рейки, при якому частота обертання якоря ТЕД nд різко збільшується.

Залежність дотичній сили тяги Fр від сили тяги ТЕД Fкд і сили зчеплення колеса з рейкою Fсц