kopilkaurokov.ru - сайт для учителей

Создайте Ваш сайт учителя Курсы ПК и ППК Видеоуроки Олимпиады Вебинары для учителей

Физические процессы в силовой цепи электровоза вл80

Нажмите, чтобы узнать подробности

РАЗРАБОТКА ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ПРЕЗЕНТАЦИЮ, ПОКАЗЫВАЮЩУЮ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗА.

Просмотр содержимого документа
«Вариант №1»

Вариант №1

1) Что такое ток?

2) Что такое переменный ток?

3) При движении электровоза под уклоном (или при торможении) его двигатели не только не потребляют электроэнергию, но наоборот могут направлять ее в электросеть. Какое физическое явление проявляется ?

А) Явление электромагнитной индукции

Б) Механическое явление

В) Электрическое явление

4) Электрические машины ––

5) Закон Ампера ––

6) Магнитный поток ––

7) Закон Ома ––

8) Магнитная проницаемость ––

9) Закон Фарадея ––

10) Правило Ленца ––

11) Индукционный ток ––

12) Магнитное поле ––

13) Что такое самоиндукция?

14) Сила тока ––

15) Механическая работа ––

16) Правило левой руки ––

17) Мощность ––

18) Механическая мощность, развиваемая двигателем, равна произведению момента силы на угловую скорость вращения якоря, выразите в формуле

19) Уравнение закона сохранения мощности

А) IU= IE+ I2r Б) IU= IE+ Ir В) IU= IE+ I2

20) Коэффициент полезного действия ––

Просмотр содержимого документа
«Вариант №2»

Вариант №2

1) Что такое постоянный ток?

2) Электромагнетизм ––

3) Электромагнитная индукция ––

4) Активное сопротивление ––

5) Колебательный контур ––

6) Электромагнитные колебания ––

7) По какой формуле можно найти полное сопротивление цепи?

А) Z = Um/Im Б) Z = Um*Im В) Z = Um+Im

8) Резонанс ––

9) Где используется явление резонанса?

10) Трансформатор ––

11) Закон сохранения энергии ––

12) Диод ––

13) В чём измеряется сила тока?

14) В чём измеряется частота?

15) Трение ––

16) В чём измеряется напряжение?

17) Принцип работы сглаживающего реактора основан на :

А) Явлении самоиндукции Б) Явлении электрических машин

В) Трении

18) Какой буквой обозначается мощность?

А) Р Б) U В) А

19) Напряжение ––

20) Какой буквой обозначается напряжение?

А) U Б) G В) I

Просмотр содержимого документа
«Вариант №3»

Вариант №3

  1. Активное сопротивление ––

  2. Резонанс ––

  3. Механическая работа ––

  4. Коэффициент полезного действия ––

  5. Закон сохранения энергии ––

  6. Сила тока ––

  7. В чём измеряется сила тока ?

  8. Какой буквой обозначается сила тока?

  9. В чём измеряется напряжение?

  10. В чём измеряется мощность?

  11. Уравнение закона сохранения мощности

А) IU= IE+ I2r Б) IU= IE+ Ir В) IU= IE+ I2

  1. Колебательный контур ––

  2. Механическая работа ––

  3. Напряжение ––

  4. Что такое самоиндукция?

  5. В чём измеряется частота?

  6. Где используется явление резонанса?

  7. Закон Ома ––

  8. Что измеряется в Омах?

  9. Ток ––



Просмотр содержимого документа
«Силовые цепи электровоза ВЛ 801»

Силовые цепи электровоза ВЛ 80с

















































Содержание:

Раздел I - Введение

  1. Введение

  2. Переменный ток на железной дороге

  3. Общие сведения об электровозе ВЛ80с

Раздел IIОборудование, входящее в силовую цепь электровоза

  1. Токоприемник Л-13У1 (Л-14М1)

  2. Главный выключатель ВОВ-25-4М

  3. Трансформатор тока ТПОФ-25

  4. Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б

  5. Главный контроллер ЭКГ-8Ж

  6. Переходной реактор ПРА-48

  7. Выпрямительная установка ВУК-4000Т-02

  8. Сглаживающий реактор РС-53

  9. Тяговый двигатель пульсирующего тока НБ-418К6

Раздел III - Принцип работы оборудования

Вывод

























Раздел I Введение.

Введение

Электровоз включает в себя большое количество различного оборудование, каждое из которых выполняет свою функцию и обеспечивает нормальную работу локомотива. Значительную часть оборудования составляет силовая электрическая цепь. Она состоит из множества электрических машин и устройств. Силовые цепи электрической схемы электровоза состоят из цепи напряжением 25 кВ, цепи тяговых двигателей в тяговом режиме и режиме электрического реостатного торможения и цепи вспомогательных машин.

В данной работе мы хотим рассказать о силовой схеме электровоза ВЛ 80с, которая включает в себя основное электрическое оборудование локомотива. Каждый элемент оборудования имеет свои особенности и принцип действия или работы, основанные на различных физических и электрических процессах.

























Переменный ток на железной дороге

Железные дороги России и стран бывшего Советского Союза, электрифицированные на переменном токе, используют напряжение ~25 кВ (то есть ~25 000 В) частотой 50 Гц. В некоторых источниках указывается напряжение 27,5 кВ, что создает путаницу. На самом деле тяговые подстанции выдают напряжение 27,5 кВ, но из-за падения напряжения вследствие высокого индуктивного сопротивления цепи «контактный провод — рельс» электровозы рассчитаны на работу на напряжении 25 кВ.

Для малонаселённых территорий разработана система электрификации 2×25 кВ (два по двадцать пять киловольт). Там, как правило, нет возможности часто располагать тяговые подстанции (к тому же бывает трудно найти квалифицированный персонал для их обслуживания, а также создать для людей должные жилищно-бытовые условия).

На опорах контактной сети (сбоку от железнодорожного полотна и контактного провода) натянут специальный питающий провод, в который подаётся напряжение 50 тыс. вольт от тяговой подстанции. На железнодорожных станциях (или на перегонах) установлены малообслуживаемые понижающие автотрансформаторы, один вывод обмотки подключён к питающему проводу, а другой — к контактному проводу. Общим (обратным) проводом является рельс. На контактный провод подаётся половинное напряжение от 50 кВ, то есть 25 кВ. Как правило, подаётся несколько выше 50 киловольт, обычно 55; с учётом потерь, чтобы на контактном проводе было 27,5 кВ.

Данная система позволяет реже строить тяговые подстанции, а также уменьшаются тепловые потери.

Система электрификации 2×25 кВ.



Общие сведения об электровозе ВЛ80с

Электровоз ВЛ80 (Владимир Ленин; первоначальное обозначение — Н8О — новочеркасский, 8-осный, однофазный) — грузовой магистральный электровоз переменного тока с осевой формулой 2(20−20). Прозвища: «Аврора», «Выльник», «Кайсер», «ВОСЬМИДЕСЯТка», а также, в зависимости от индекса, «Кашка», «эСка», «эРка», «Тэшка».

Электровозы ВЛ80 всех индексов строились Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) по проектам разработанным ВЭлНИИ в период с 1961 по 1995 год.

С середины 1960-х основной грузовой локомотив на линиях переменного тока железных дорог Советского Союза.















Раздел II - Оборудование, входящее в силовую цепь электровоза



Токоприемник Л-13У1 Л-14М1

Назначение:

Токоприемник Л-13У1 (Л-14М1) предназначен для создания электрического контакта электрооборудования подвижного состава с контактной сетью. Токоприемник Л-13У1 оборудован полозом с угольными вставками, а Л-14М1 — с медными накладками.

Расположение на схеме.

Технические данные:

  • Номинальное напряжение переменного тока - 25 кВ

Номинальный ток:

  • при движении - 500 А

  • при стоянке - 50 А

Номинальное давление сжатого воздуха в цилиндре пневматического привода - 0,5 МПа (5 кгс/см2)

Наибольшая скорость движения электровоза - 160 км/ч

Масса - 290 кг

Токоприемник Л-14М1 допускает ток до 1000 А с соответствующим увеличением статического нажатия на 20 Н (2 кгс).

Токоприемник соединен с выводом А первичной обмотки тягового трансформатора через дроссель ДП, высоковольтный разъединитель, главный выключатель, трансформатор тока ТТ.

Схема токоприемника



Принцип работы токоприемника:

С помощью скользящего контакта токоприемник получает от контактного провода трехфазный электрический ток напряжением 25кВ. Далее через гибкие шунты на деталях токоприемника электрический ток проходит до главного выключателя и далее проходит до трансформатора тока ТПОФ-25.

Главный выключатель ВОВ-25-4М

Назначени:

Воздушный однополюсный выключатель ВОВ-25-4М предназначен для оперативного отключения первичной обмотки тягового трансформатора электровоза от цепи токоприемников, а также для автоматического отключения при коротких замыканиях и перегрузках электрооборудования. Выключатель смонтирован в специальном люке на крыше электровоза. Глубина погружения его частей под плоскостью крепления составляет около 100 мм. Части выключателя, расположенные на внешней стороне его корпуса, рассчитаны для работы на открытом воздухе, а расположенные внутри корпуса и под плоскостью крепления — для работы в закрытом помещении.

Расположение на схеме



Технические данные выключателя ВОВ-25-4М следующие:

  • Номинальное напряжение 25 кВ+25%

  • Номинальный ток 400 А

  • Предельный ток отключения 10 000 А

  • Сквозной ток короткого замыкания 25 000 А

  • Номинальное давление сжатого воздуха в баке 9 кгс/см2

Мощность отключения:

  • Точность тока уставки: до 350 А ±10% свыше 350 А ±5%

  • Собственное время автоматического отключения от промежуточного реле:

  • при двукратном токе срабатывания, не более 0,04 спри токе, равном 130% тока срабатывания, не 0,06 »



Число блок-контактов:

  • замыкающих 3

  • размыкающих 3

Масса выключателя 200 кг

Диапазон рабочих температур от +60 до —50° С

Схема главного выключателя

Причины срабатывания:

  • если с контактного провода снимается переменный ток выше номинального значения;

  • при поломке электрического оборудования;

  • при коротком замыкании в цепи.



Трансформатор тока ТПОФ-25

Назначение:

Трансформатор тока ТПОФ-25 предназначен для автоматического отключения электрического питания электровоза от контактной сети при коротких замыканиях и перегрузках, а также служит высоковольтным вводом цепи электрического тока напряжением 25 кВ в кузов электровоз Расположение на схеме



Технические данные:

  • Номинальный первичный ток - 400 А

  • Номинальное напряжение - 25 кВ

Коэффициент трансформации при первичном токе:

  • от 200 до 300 А - 16±0,5

  • от 300 до 600 А - 16±0,4



  • Ток динамической устойчивости (амплитудное значение) - 25 кА



  • Ток термической стойкости за время 0,1 с -10 кА



  • Номинальный ток вторичной обмотки - 25 А



Масса - 50 кг



Схема трансформатора тока



Далее переменный ток напряжением 25 кВ поступает на первичную обмотку тягового трансформатора ОДЦЭ 5000/25Б.



Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б

Назначение:

Однофазный масляный трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б предназначен для преобразования напряжения контактной сети в напряжения цепей тяговых двигателей, включенных через полупроводниковые преобразователи, и собственных нужд электровоза.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Мощность сетевой обмотки - 4 485 кВ-А

  • Напряжение сетевой обмотки - 25 000 В

Ток тяговой обмотки:

  • номинальный - 1 750 А

  • часовой - 1 840 А

Напряжения холостого хода:

  • тяговой обмотки на вводах al-01 (а2-02) - 1 218 В

Обмотки собственных нужд на вводах:

  • а5-х - 232 В

  • а4-х - 406 В

  • аЗ-х - 638 В

  • Ток обмотки собственных нужд - 550 А

Мощность обмотки собственных нужд - 225 кВ-А

Общие электрические потери - 83 кВт

К.П.Д. - 98%

Расход воздуха на охлаждение - 5,5 м3/с

Масса - 8 000 кг

Схема Трансформатора ОТДЭ 5000/25Б



Принцип действия понижающего трансформатора:

Принцип действия понижающего трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. После поступления на первичную обмотку трансформатора тока J1 напряжением 25 кВ, создается в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который практически без рассеивания циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток. Когда в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки RH, в ней возникает переменный ток J2. Теперь полный магнитный поток Φ в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток Φ2, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током J2, направлен навстречу потоку Φ1, создаваемому током J1 в первичной обмотке: Φ = Φ1 – Φ2. Отсюда следует, что токи J1 и J2 изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180°. Напряжение понижается.

После понижения напряжения переменный ток от вторичной обмотки трансформатора поступает на главный контроллер ЭКГ-8Ж.

Главный контроллер ЭКГ-8Ж

Назначение:

Главный контроллер предназначен для переключения под нагрузкой ступеней вторичной обмотки тягового трансформатора с целью изменения напряжения на тяговых двигателях.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Номинальное напряжение изоляции - 3100 В

  • Номинальное напряжение между разомкнутыми контактами:

  • контакторов с дугогашением - 260 В

  • контакторов без дугогашения - 1100 В

  • Номинальное напряжение цепей управления - 50 В

  • Номинальный ток силовых контакторов - 1300 А

  • Номинальный ток контакторов цепей управления 30 А

Номинальная мощность:

  • приводного двигателя - 500 Вт

  • нагревателя смазки - 130 Вт

Число фиксированных позиций - 33

Собственное время переключения - 25 с

Номинальное давление воздуха для дугогашения 0,5 МПа (5 кгс/см')

Конструкция:

Главный контроллер имеет четыре кулачковых контактора с дугогашением 5, 30 кулачковых контакторов без дугогашения 6, кулачковые валы, привод 3, электромагнитные вентили 4 и блокировочные устройства 1 и 2, рукоятку 8 для ручного проворачивания. Все детали и узлы контроллера монтируются на каркасе 7, состоящем из трех рам и четырех изолированных реек.

Схема главного контроллера ЭКГ-8Ж



После установки необходимого напряжения на вторичной обмотке пониженный переменный ток проходит до переходного реактора ПРА-48.



Переходной реактор ПРА-48

Назначение:

Переходной реактор предназначен для ограничения токов короткого замыкания секций тягового трансформатора при переходах с одной позиции регулировки на другую и деления напряжения при работе электровоза на переходных позициях главного контроллера.

Расположение на схеме



Технические данные:

  • Номинальный ток - 1270 А

  • Номинальное напряжение изоляции - 1500 В

  • Индуктивное сопротивление ветви - 0,12 Ом

  • Активное сопротивление ветви при +20 °С - 0,0017 Ом

Масса - 450 кг



Конструкция:

Переходной реактор ПРА-48 представляет собой комплект двух реакторов, каждый из которых работает самостоятельно в одном из плеч вторичной обмотки трансформатора. Каждый отдельный реактор состоит из четырех спиральных катушек 1, намотанных из двух параллельных алюминиевых шин сечением 8x60 мм с зазором между шинами 7 мм. Каждая катушка в восьми местах стянута бандажами из стеклоленты.

Схема переходного реактора ПРА-48



Далее пониженный переменный ток проходит до выпрямительных установок типа ВУК-4000Т-02.





Выпрямительная установка ВУК-4000Т-02

Назначение:

Выпрямительная установка ВУК-4000Т-02 предназначена для выпрямления переменного тока в постоянный для питания тяговых электродвигателей.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Номинальный выпрямленный ток (среднее значение) - 3200 А

  • Номинальное выпрямленное напряжение (среднее значение) - 1350 В

  • Номинальное напряжение относительно корпуса (эффективное значение) - 1500 В

  • Наибольший допустимый нарастающий ток перегрузки в течение 0,05 с - не более 18 кА

  • Время воздействия тока перегрузки 18 кА - не более 0,02 с

  • Длительное допустимое обратное напряжение на диоды плеча (амплитудное значение) - 2450 В

  • Наибольшее допустимое кратковременное обратное напряжение плеча (амплитудное значение) - 5500 В

  • Частота питающей сети - 50 Гц

К.П.Д. - не менее 99 %

Конструкция:

Одна выпрямительная установка представляет собой выпрямительный мост, обеспечивающий питание двух параллельно-соединенных двигателей. Конструктивно выпрямительная установка выполнена в виде двух шкафов прямоугольной формы и может работать только с принудительным воздушным охлаждением.

По обеим сторонам каждого шкафа размещены диоды, собранные в блоки, которые закреплены на электроизоляционных панелях.

В каждом блоке размещено по шесть диодов с охладителями.

Одна выпрямительная установка содержит 192 диода.

Схема диода и расположение диодов на одном плече выпрямительной установки



Принцип работы выпрямительной установки:

Для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, пульсирующий) на электровозах переменного тока устанавливают выпрямители. В выпрямителях используют полупроводниковые приборы. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении. Пластины после внесения специальных примесей имеют слоистую структуру, в которой чередуются проводимости различных типов — электронная (n) и дырочная (р).

В неуправляемых выпрямителях используют неуправляемые вентили — диоды, которые начинают проводить ток, как только к ним прикладывают напряжение, действующее в проводящем направлении. Диоды имеют двухслойную р-n-p-структуру, для них характерна высокая проводимость в прямом направлении и низкая в обратном.

После прохождения через диоды выпрямительных установок переменный ток преобразуется в постоянный пульсирующий и проходит до сглаживающих реакторов типа РС-53.

Сглаживающий реактор РС-53

Назначение:

Сглаживающий реактор РС-53 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи тяговых двигателей.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Часовой ток - А 1850

  • Число витков - 70

  • Номинальное напряжение - 1500 В

  • Индуктивность - мГн 5,8

Масса – 800 кг

Схема сглаживающего реактора РС-53

Работа сглаживающих реакторов в схеме:

Принцип работы сглаживающего реактора основан на явлении самоиндукции. При нарастании пульсирующего тока в катушках сглаживающих реакторов наводится ЭДС самоиндукции, направленное по правилу Ленца встречно нарастающему току и не дает ему сразу увеличится до максимального значения. При убывании пульсирующего тока ЭДС самоиндукции направлена согласно с убывающим током и по правилу Ленца не дает току сразу уменьшится до нулевого значения. В результате в цепи ТЭД с последовательно включенными сглаживающими реакторами значительно уменьшается переменная составляющая пульсирующего тока, что способствует улучшению коммутации ТЭД.

После прохождения сглаживающих реакторов постоянный пульсирующий ток поступает на тяговые электродвигатели НБ-418К6.



Тяговый двигатель пульсирующего тока НБ-418К6

Назначение:

Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6 предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, в механическую, передаваемую с вала двигателя на колесную пару электровоза.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Мощность - 790/740 кВт

  • Напряжение на коллекторе - 950/950 В

  • Ток якоря - 880/820 А

  • Частота вращения якоря – 890/915 об/мин

К.П.Д. – 94,5/94,8 %

Сопротивление при t=20 °C:

  • обмотки всех катушек главных полюсов (без шунта) - 0,0079 Ом

  • обмотки всех катушек добавочных полюсов и компенсационной обмотки - 0,0119 Ом

  • обмотки якоря – 0,011 Ом

Масса:

  • двигателя без зубчатой передачи - 4350 кг

  • остова в сборе - 2350 кг

  • якоря - 1350 кг

Схема тягового электродвигателя пульсирующего тока НБ-418К6

Принцип действия электродвигателя:

Принцип действия тягового электродвигателя НБ-418К6 рассмотрим на примере обычного электродвигателя.

При положении рамки, показанном на рисунке, ток проходит по стороне А и по стороне Б. Известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, направление которой определяется по правилу левой руки: если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия этой силы. Применив правило левой руки для рассматриваемого случая, определим, что на сторону рамки В действует сила F1 направленная вверх, а на сторону рамки А—сила F2 направленная вниз. Силы F1 и F2, действующие на рамку, называются парой сил. Под действием вращающего момента, создаваемого этой парой сил, рамка поворачивается против часовой стрелки.

Дойдя до вертикального положения, рамка по инерции повернется дальше. Теперь щетка Щ1 касается уже коллекторной пластины К2, а щетка Щ2 — коллекторной пластины К1. Благодаря этому направление тока в рамке изменяется и образуется пара сил, под действием которой рамка продолжает поворачиваться против часовой стрелки. Таким образом, рамка, получая электрическую энергию, будет непрерывно вращаться. Рамка может приводить в движение любой механизм, т. е. в данном случае работает в качестве электродвигателя. Таким-же образом работает электротродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6.



Схема работы электродвигателя

Просмотр содержимого документа
«Силовые цепи электровоза ВЛ 80с»

Силовые цепи электровоза ВЛ 80с

















































Содержание:

  1. Введение

  2. Силовая цепь электровоза

  3. Токоприемник Л-13У1 (Л-14М1)

  4. Трансформатор тока ТПОФ-25













































Введение

Электровоз включает в себя большое количество различного оборудование, каждое из которых выполняет свою функцию и обеспечивает нормальную работу локомотива. Значительную часть оборудования составляет силовая электрическая цепь. Она состоит из множества электрических машин и устройств. Силовые цепи электрической схемы электровоза состоят из цепи напряжением 25 кВ, цепи тяговых двигателей в тяговом режиме и режиме электрического реостатного торможения и цепи вспомогательных машин.







































Токоприемник Л-13У1 Л-14М1

Токоприемник Л-13У1 (Л-14М1) предназначен для создания электрического контакта электрооборудования подвижного состава с контактной сетью. Токоприемник Л-13У1 оборудован полозом с угольными вставками, а

Л-14М1 — с медными накладками.

Технические данные:

Номинальное напряжение переменного тока - 25 кВ

Номинальный ток:

  • при движении - 500 А

  • при стоянке - 50 А

Номинальное давление сжатого воздуха в цилиндре пневматического привода - 0,5 МПа (5 кгс/см2)

Наибольшая скорость движения электровоза - 160 км/ч

Масса - 290 кг

Токоприемник Л-14М1 допускает ток до 1000 А с соответствующим увеличением статического нажатия на 20 Н (2 кгс).

Конструкция.

Токоприемник Л-13У1 (Л-14М1) (рис. 1) состоит из основания 10, двух нижних рам 1 с системой рычагов для шарнирного соединения с пневматическим приводом 7 и подъемными пружинами 6. Две верхние рамы 2 шарнирно соединены между собой и с нижними рамами. Рамы 2 несут каретки 3 с контактной частью токоприемника — полозом 4.

Работа токоприемника осуществляется следующим образом.

В цилиндр пневматического привода 7 подается сжатый воздух, который, действуя на поршни, сжимает пружины 8 и через тягу 9 освобождает валы 7/ от усилия, создаваемого этими пружинами. Под действием пружин 6 поворачиваются валы 11 и токоприемник поднимается, обеспечивая необходимое нажатие на контактный провод в диапазоне рабочей высоты.

Для опускания токоприемника сжатый воздух из цилиндра пневматического привода 7 через клапан выбрасывается в атмосферу. Пружины 8 нейтрализуют действие пружин 6 и создают опускающее усилие, которое через систему рычагов и тяги 9 складывает токоприемник.

Полоз 4 с контактными накладками подрессорен двумя пружинами каретки 3 для обеспечения надежного контакта между полозом и контактным проводом при не больших изменениях его высоты. Синхронизация движения подвижных частей токоприемника достигается при помощи тяги 5, шарнирно закрепленной с валами нижних рам.

Токоприемник соединен с выводом А первичной обмотки тягового трансформатора 3 через дроссель ДП, высоковольтный разъединитель 2, главный выключатель 4, трансформатор тока ТТ. (см. приложение 1)

Трансформатор тока ТПОФ-25

Трансформатор тока ТПОФ-25 предназначен для автоматического отключения электрического питания электровоза от контактной сетипри коротких замыканиях и .перегрузках,, а также служит высоковольтным вводом цепи электрического тока напряжением 25 кВ в кузов электровоза.





Технические данные

  • Номинальный первичный ток - 400 А

  • Номинальное напряжение - 25 кВ

Коэффициент трансформации при первичном токе:

  • от 200 до 300 А - 16±0,5

  • от 300 до 600 А - 16±0,4

Ток динамической устойчивости (амплитудное значение) - 25 кА

Ток термической стойкости за время 0,1 с -10 к А

Номинальный ток вторичной обмотки - 25 А

Масса - 50 кг

Конструкция.

Трансформатор тока (рис. 2) состоит из полого фарфорового изолятора 7, токоведущего стержня 6, полуфланцев 5, изоляционных прокладок 4, катушки с сердечником 3, изоляционной прокладки 2 и фланца 1. Катушка имеет 16 витков. Концы катушки выведены на контактодержатель, который укреплен на фланце.





















































Просмотр содержимого документа
«Явление электромагнитной индукции»

Явление электромагнитной индукции.

1. При движении электровоза под уклоном (или при торможении) его двигатели не только не потребляют электроэнергию, но наоборот могут направлять ее в электросеть. Объясните откуда берется эта энергия.

2. при торможении поезда метро его электродвигатели отключают от контактного рельса и закорачивают через специальные реостаты. Объясните, зачем это делают.

Электрические машины –– это электрические генераторы, которые вырабатывают электрическую энергию за счет совершения механической работы, и электрические двигатели, превращающие электрическую энергию источника тока в механическую работу. Действие электрических машин основано на взаимодействии магнитного поля с проводниками, по которым протекает электрический ток.

На проводник с электрическим током в магнитном поле действует сила Ампера. Ее величина, по закону Ампера, пропорциональна произведению силы тока в проводнике J на индукцию магнитного поля В и на длину проводника: . Здесь α –– угол между проводником и вектором индукции магнитного поля. Направление силы Ампера определяется правилом левой руки: если четыре пальца левой руки расположить по направлению электрического тока в проводнике так, чтобы силовые линии входили в ладонь, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера. На рамку с током действует вращающий момент сил M=JBSN sin β, где S –– площадь рамки, N –– число витков рамки, β –– угол между силовыми линиями и нормалью к рамке.

Магнитный поток для однородного поля равен Ф = B S cos α, где S –– площадь контура, α –– угол между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Магнитный поток в магнитной цепи определяется законом Ома: . Величина JN играет роль магнитодвижущей силы. Магнитное сопротивление участка магнитной цепи , где l, S –– длина и площадь сечения магнитопровода. Для ферромагнитных материалов магнитная проницаемость μ может достигать десятков –– сотен тысяч единиц, поэтому для усиления магнитного потока магнитные цепи электромагнитов, трансформаторов, электродвигателей изготавливают из электротехнического железа. Большое магнитное сопротивление имеют воздушные зазоры (μ = 1).

Явление электромагнитной индукции. При движении проводящего контура в магнитном поле или, наоборот, магнитного поля относительно контура в контуре наводится электрический ток. По закону Фарадея электродвижущая сила электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: . Если в магнитном поле находится рамка, то витки можно рассматривать как последовательно соединённые контуры. ЭДС рамки равна сумме ЭДС витков: Сумму магнитных потоков через все витки называют потокосцеплением. Если все витки одинаковы, то . При вращении рамки в однородном поле угол α изменяется по закону , где ω –– угловая скорость. Определив производную от потокосцепления по времени, получим для ЭДС индукции формулу Если в магнитном поле перемещается отрезок проводника длиной l со скоростью V, то между его концами возникает разность потенциалов Eпр = BVl sin α, где α –– угол между вектором скорости проводника и силовыми линиями магнитного поля.

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный ток имеет такое направление, чтобы своим магнитным полем компенсировать изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток, или течет так, чтобы противодействовать причине, вызвавшей ток.

Явление самоиндукции. При протекании электрического тока в контуре или катушке возникает магнитное поле. Магнитный поток этого поля через поверхность контура (или потокосцепление для катушки) пропорциональны силе тока: . При изменении силы тока, по закону Фарадея, ЭДС самоиндукции равна По правилу Ленца ЭДС самоиндукции препятствует изменению силы тока в электрической цепи, поэтому всегда при включении ток в цепи нарастает постепенно, а при выключении постепенно спадает, продолжая течь даже через зазор ключа с образованием искры или даже электрической дуги. При этом энергия магнитного поля превращается в теплоту.


Электродвигатели постоянного тока


На рамку с электрическим током в магнитном поле действует момент сил Ампера (рис. 8.1). Но чтобы рамка вращалась непрерывно, нужно через каждые пол-оборота после прохождения положения равновесия (a = 00 и a = 1800) изменять направление электрического тока. Это делается с помощью коллекторных полуколец, скользящих по токопроводящим щеткам. Такая рамка уже является двигателем. Хотя силы Ампера созданы магнитным полем, магнитное поле не изменяется и, следовательно, не совершает механической работы. Двигатель совершает работу за счет энергии источника электрического тока.

Двигатели постоянного тока (рис. 8.2) состоят из вращающейся части –– якоря, неподвижной станины и коллекторно-щеточного узла. Якорь, с целью понижения магнитного сопротивления и для уменьшения вихревых токов, набирается из тонких пластин электротехнической стали. В пазы якоря укладывается обмотка, концы которой припаиваются к коллекторным пластинам.

На станине могут быть установлены катушки возбуждения, создающие основное постоянное магнитное поле и дополнительные катушки для компенсации магнитного поля, создаваемого токами в обмотке самого якоря. Катушки возбуждения расположены на сердечниках с полюсными наконечниками. Замыкает магнитную цепь станина и корпус двигателя. К корпусу крепятся все части двигателя.

Часть обмотки якоря, концы которой припаиваются к своей паре коллекторных пластин, называется секцией. Секции работают не поочередно, они соединяются последовательно и по ним одновременно течёт одинаковый ток. Это осуществляется с помощью коллекторно-щеточного узла.

Н апример, при петлевой обмотке начало каждой секции припаивается к концу предыдущей и так до тех пор, пока конец последней секции не соеди-нится с началом первой (рис. 8.3). Выше нейтрали, в верхней половине якоря, ток в активных проводниках течет за чертеж, в нижней половине –– из-за чертежа (рис.8.2).

Определим момент сил Ампера, действующий на витки якоря. Для простоты вывода сделаем допущения. Предположим, что полюса катушек возбуждения охватывают почти весь якорь, так что силовые линии магнитного поля везде перпендикулярны воздушному зазору. Индукцию магнитного поля в зазоре будем считать постоянной. Пренебрежем влиянием магнитного поля витков якоря по сравнению с магнитным полем катушек возбуждения. Тогда силы Ампера, по правилу левой руки, действуют на все активные провода по касательной к якорю и моменты их сил вращают якорь в одном направлении и складываются.

Результирующий момент сил определим как произведение момента силы, действующего на один виток обмотки якоря, на число витков:

. (8.1)

Здесь Ψ = BSN –– потокосцепление обмотки якоря, S –– площадь витка. Реально, вследствие допущений, момент сил меньше. В технической литературе это учитывается введением поправочного коэффициента, который определяется экспериментально: M = CJΨ.

Механическая мощность, развиваемая двигателем, равна произведению момента силы на угловую скорость вращения якоря:

. (8.2)

Сила тока, потребляемого электродвигателем, зависит не только от напряжения в контактной сети, но и от ЭДС электромагнитной индукции, возникающей в витках якоря при пересечении ими силовых линий магнитного поля. ЭДС, развиваемая одним витком, при условии, что плоскость витка при вращении всегда совпадает с силовыми линиями, равна Eпр = BSω. Суммарная ЭДС якорной обмотки при последовательном соединении витков будет равна

. (8.3)

Эта ЭДС, согласно правилу Ленца, противодействует вращению якоря, она направлена навстречу напряжению контактной сети, и поэтому называется противо-ЭДС.

Для тягового двигателя источником тока является тяговая подстанция, питающая двигатель через контактную сеть. По закону Ома напряжение контактной сети, подведенное к двигателю, равно сумме противо-ЭДС и падения напряжения на активном сопротивлении катушек двигателя r:

. (8.4)


Только часть напряжения контактной сети, равная противо-ЭДС, используется для создания механической мощности. Это будет тем более очевидно, если умножить уравнение закона Ома на силу тока. Тогда получим уравнение закона сохранения мощности:

. (8.5)

Подводимая от контактной сети к электродвигателю мощность JU расходуется на полезную механическую мощность вращения якоря JE и на тепловые потери в обмотках двигателя J2r. То есть меха-ническая мощность будет равна произведению противо-ЭДС электромагнитной индукции на силу тока в обмотке якоря: . Как и следовало ожидать, это совпадает с формулой мощности, полученной ранее на основании закона Ампера (8.2).

Сила тока в цепи подстанция –– тяговый электродвигатель может быть определена по закону Ома (8.4):

. (8.6)

Для локомотивов в основном применяют тяговые двигатели последовательного возбуждения. То есть катушки возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно и по ним протекает ток одинаковой силы. Применение этих двигателей обусловлено тем, что тяговая характеристика соответствует наиболее полно требованиям для локомотивов.

Исследуем на основании уравнений (8.1 –– 8.6) зависимость момента силы, мощности тягового двигателя и КПД от скорости вращения якоря при подключении двигателя к сети с постоянным напряжением U. При трогании, пока якорь вращается с малой частотой, противо-ЭДС отсутствует. Сила тока может достигать огромных значений, равных току короткого замыкания: . Для ограничения силы тока на локомотивах применяют пусковые реостаты, увеличивающие сопротивление цепи.

Момент силы, согласно (8.1), при пусковом токе достигает наибольшего значения. Механическая мощность при отсутствии вращения равна нулю (рис. 8.4). По мере разгона, с увеличением скорости вращения, противоЭДС возрастает, но она сначала еще много меньше напряжения сети (ЕU). Поэтому сила тока, согласно закону Ома (8.6), уменьшается незначительно. Индукция магнитного поля катушек возбуждения, из-за явления насыщения магнитной цепи при большом значении силы тока, почти постоянна. Все это приводит пока к небольшому уменьшению момента силы якоря, поэтому полезная механическая мощность начинает возрастать сначала почти пропорционально скорости вращения: Pмех = .

Под действием момента силы якорь увеличивает скорость вращения. Противо-ЭДС быстро возрастает, сила тока уменьшается. Момент силы тоже уменьшается, но быстрее, чем падает сила тока, так как сказывается уменьшение индукции магнитного по-ля. Полезная мощность медленно растет, достигает максимума, и начинает уменьшаться из-за быстрого падения момента силы.

В режиме холостого хода момент внешних сил очень мал. Тогда якорь под действием вращающего момента сил Ампера может разогнаться до очень большой скорости вращения, пока не скомпенсирует момент сил трения. Возможно разрушение обмотки якоря центробежными силами. При вращении без нагрузки противо-ЭДС практически компенсируют напряжение контактной сети и двигатель почти не потребляет тока.

Коэффициент полезного действия двигателя –– это отношение полезной механической мощности к мощности, потреб-ляемой от сети IU :

. (8.7)

Потери мощности обусловлены нагреванием обмоток ΔР = J 2r, а также потерями на трение. При увеличении силы тока потребляемая мощность от сети растёт линейно. А потери быстрее, пропорцио-нально квадрату силы тока. Поэтому при трогании, при огромных значениях силы тока, КПД мало. Затем, по мере разгона, сила тока уменьшается и КПД возрастает, достигая максимального значения. В режиме холостого хода КПД опять падает до нуля, так как полезная мощность не вырабатывается.

Регулирование силы тяги и мощности тяговых двигателей производится переключением двигателей. Например, при восьми тяговых двигателях локомотива их можно включить либо все последовательно, либо в две ветви по четыре, либо в четыре ветви по два двигателя. Ступени регулировки напряжения на отдельном двигателе получаются большие. Поэтому при переходе на следующую ступень для регулирования силы тока используется пусковой реостат.

Итак, коллекторные двигатели имеют удовлетворительные параметры, приемлемые для локомотивов. Их можно через редуктор непосредственно подсоединять к ведущему колесу. Но имеют недостатки. Это, в первую очередь, быстрый износ коллектора и щёток из-за трения и разрушения электрической дугой и как следствие частые ремонты. У них сравнительно большая масса, поэтому они постепенно уступают первенство двигателям переменного тока с импульсным регулированием мощности.

Электромагнетизм. Переменный ток. Колебательный контур

1. Электромагнитная индукция.

  1. В 1831 году Майкл Фарадей установил, что электрический ток может возникать в контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур – открыто явление электромагнитной индукции явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную эти контуром. Этот ток называется индукционным.

  2. З акон Фарадея-Максвелла. ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. ξ = –∆Ф/ ∆t = – Фۥ = – L I ۥ. , ξ = –Ф= ξmax sinωt = BSωsinωt

  3. Правило Ленца определяет направление индукционного тока. Индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

  1. Способы индуцирования тока. Самоиндукция.

  1. Опыты Фарадея. При относительном движении магнита (электромагнита) и катушки возникает индукционный ток, а также при изменении магнитного потока через площадь ограниченную контуром.

  2. В проводнике, движущемся в магнитном поле под действием силы Лоренца, происходит разделение разноимённых зарядов и на концах проводника возникает разность потенциалов или ЭДС индукции ξ = U = υB l

  3. Т оки Фуко. В массивных проводниках, движущихся в магнитных полях, или находящихся в переменном магнитном поле возникают вихревые токи – токи Фуко. При вращении диска вокруг оси параллельной линиям магнитной индукции возникает ЭДС индукции ξ = BSν, где ν частота вращения радиус-вектора диска, замкнутого на резистор или гальванометр.

  4. Опыты Генри. ЭДС индукции возникает в катушке при изменении тока, протекающего по катушке – самоиндукция. Быстрое изменение тока происходит при замыкании (направление индукционного тока совпадает с направлением тока в контуре) и размыкании (направление индукционного тока противоположно направлению тока в контуре) цепи. ε =LI / ∆t, где ∆tвремя релаксации (время возрастания тока в контуре при замыкании, или время убывания тока при размыкании).

  5. Индукционный ток возникает при движении в магнитном поле проводника, концы которого замкнуты.

  6. Учёт самоиндукции. В зависимости от индуктивности контура ЭДС самоиндукции может быть очень большой, даже превышать ЭДС источника тока (горит обмотка двигателей, перегорают лампы). Самоиндукция задерживает увеличение и уменьшение тока в электрических схемах и линиях передачи сигналов, приводя к искажению передаваемых сигналов. Явление самоиндукция подобно явлению инерции в механике.

3. Использование электромагнитной индукции.

  1. Генерирование переменного тока. При изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в последнем возникает ЭДС индукции. При вращении контура в магнитном поле изменение магнитного потока через контур будет гармоническим Ф = ВΔScosωt, ξ = –Ф= ξimax sinωt. Зависимость ЭДС от времени является гармонической. В мощных генераторах переменного тока контуры, в которых возникает ЭДС индукции, расположены на корпусе, а многополюсной электромагнит является ротором, который, вращаясь, создаёт переменное магнитное поле. Наличие N пар полюсов у ротора позволяет в N раз уменьшить частоту вращения ротора – ω. Частота переменного тока, используемого в промышленности и в быту 50 Гц, напряжение для бытовых целей 220 В.

  2. Трансформатор – устройство, состоящее из двух и более катушек на общем сердечнике. Применяется для повышения или понижения переменного напряжения. При изменении тока в одной из катушек, магнитный поток, возникающий в сердечнике возбуждает ЭДС индукции в каждом витке. Результирующая ЭДС в катушках определяется числом витков в них ε =NФ,ۥ. При малом сопротивлении обмоток ε = U. Коэффициент трансформации – величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной катушках. k = U1/U2 =N1/N2.

Повышающий трансформатор k и понижающий трансформатор k 1. При повышение напряжения во столько же раз уменьшается сила тока, что приводит к уменьшению потерь мощности.








  1. Индукционные детекторы позволяют находить металлические предметы. Например, в аэропортах детектор металла фиксирует поля индукционных токов в металлах.

  2. Отталкивание сверхпроводящих катушек с током, размещённых на дне вагона и катушек на полотне дороге приподнимает вагон над землёй в поездах на магнитной подушке.

  3. Электроплавильные печи и микроволновые печи работают благодаря индукционным токам (токам Фуко).

  4. Запись и воспроизведение записей с магнитных лент также осуществляется при помощи индукционных токов: переменное магнитное поле в записывающей головке ориентирует домены на магнитной ленте, а переменное поле магнитной ленты возбуждает переменные индукционные токи в головке воспроизведения.



4. Переменный ток

  1. Переменное напряжение, получаемое потребителем от электростанции изменяется с течением времени по гармоническому закону u = Umax cos( ωt + φо ), где u – мгновенное значение напряжения, Umax – амплитуда напряжения, (ωt + φо) – фаза колебания напряжения, φо – начальная фаза колебания. В цепь переменного тока могут быть подключены резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы и т. д.

  2. А ктивное сопротивление – элемент электрической цепи (резистор), в которой электрическая энергия преобразуется во внутреннюю. Колебания тока и напряжения на резисторе u = Umax cos( ωt ), i = Imax cos ( ωt ) совпадают по фазе. . Активное сопротивление вычисляется по формуле R =ρl/S.

  3. Д ля измерения переменного напряжения и переменного тока используются специальные приборы, измеряющие действующие значания силы тоа и напряжения. Сила переменного тока 1 А – сила тока, веделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что и постоянный ток 1А за тот же промежуток времени. Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, при котором в проводнике выделяется такое же количество теплоты, что и при переменном токе за тот же промежуток времени. Iд = Im/√2, Uд = Um/√2

  4. Конденсатор в цепи переменного тока. Колебания силы тока опережают колебания напряжения на π/2, т.к. напряжение на обкладках конденсатора создаётся зарядами, перенесёнными током , i = Imax cos (ωt + π/2), u = Umax cos( ωt). Сопротивление конденсатора называется емкостным сопротивлением ХС = 1/ωC.

  5. Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Колебания тока отстают от колебаний напряжения на π/2, из-за ЭДС самоиндукции i = Imax cos (ωtπ/2), u = Umax cos( ωt). Сопротивление катушки – индуктивное сопротивление XL= ωL.

Сопротивление катушки и конденсатора называют реактивным сопротивлением.

  1. Мощность переменного тока определяется произведением действующих значений силы тока и напряжения. P = Iд Uд, P = Im Um /2.

5 . Колебательный контур

      1. Колебательный контур – цепь, состоящая из последовательно соединённых катушки и конденсатора. Если конденсатор сначала зарядить, а потом соединить с катушкой, то в контуре возникнут свободные электромагнитные колебания – колебания тока, напряжения в контуре.

      2. 1 -ю четверть периода конденсатор разряжается до 0, 2-ю четверть периода конденсатор перезаряжается благодаря индуктивности катушки, 3-ю четверть периода перезаряженный конденсатор разряжается до 0, 4-ю четверть периода он снова перезаряжается. Колебания тока и напряжения являются гармоническим и описываются уравнениями i = Imax cos (ωt ), u = Umax cos( ωt + φ),

г де φ – разность фаз между колебаниями тока и напряжения.

      1. Период колебаний в контуре определяется по формуле Томсона T=2π√LC.

Следовательно, частота собственных колебаний контура ω=1/√LC.

      1. Э нергия контура состоит из энергии электрического поля конденсатора и WC=q2/2C и энергии магнитного поля катушки WL = Li2/2. Полная энергия контура равна сумме энергий на конденсаторе и на катушке, а также равна макс энергии конденсатора или макс. энергии поля катушки W = Q2/2C = LIm2/2.. W = q2/2C + Li2/2 – энергия контура в данный момент времени. Если активное сопротивление контура равно 0, то колебания будут незатухающими, и энергия контура не изменяется q2/2C.+ Li2/2=const Производная от постоянной величины =0. (Li2/2.+q2/2C)I=0 и получаем уравнение электромагнитных колебаний Lq//+q/C =0 q// =-q/LC. ω=1/√LC. Следовательно. q// =- ω2 q.

      2. Чтобы найти полное сопротивление цепи нужно, согласно закона Ома для участка цепи, макс. значение напряжения разделить на макс. значение силы тока Z = Um/Im Мгновенное значение приложенного напряжения равно сумме мгновенных значений напряжений на последовательно включённых элементах цепи. В реальной цепи активное сопротивление не равно 0, а это аналогично последовательно включённому резистору.

      3. С ледовательно u = uR + uC + uL. uR = URm cos( ωt ), URm = Im R, uC = UСm cos( ωtπ/2 ), UCm = Im XC,, uL = ULm cos( ωt + π/2), ULm= Im XL где ω циклическая частота вынужденных колебаний силы тока. Из векторной диаграммы напряжений Um2 = UmR2 + (UmL - UmC) 2, следовательно Z = Um/Im= √ R2+ ( XLXC )2. Im = Um/ Z – закон Ома для цепи переменного тока

      4. Из формулы сопротивления видно, что максимальная сила тока в контуре будет при XL = XC , ωL = 1/ωC.

ω 2= 1/CL, то есть при совпадении частоты вынужденных колебаний тока с частотой свободных колебаний контура.

Резкое возрастание амплитуды колебаний тока в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний в контуре называется резонансом. Чем меньше активное сопротивление контура, тем круче резонансная кривая. Явление резонанса широко используется в радиотехнике в схемах настройки радиоприёмников, усилителей, генераторов высокочастотных колебаний.

6. Выпрямление переменного тока.

  1. Д ля выпрямления переменного тока используют полупроводниковый диод – элемент электрической системы, содержащий р – п-переход и два вывода для включения в электрическую цепь. р – п-переход обладает односторонней проводимостью. Выпрямитель с одним диодом даёт однополупериодное выпрямление тока. Схема, включающая четыре диода, даёт двухполупериодное выпрямление тока.



Формулы по теме «Электромагнетизм. Переменный ток»


  1. ξ= U = υB l - ЭДС индукции в движущихся проводниках.

  2. ξ = BSν - ЭДС индукции возникающая в диске, вращающемся в магнитном поле (ось вращения диска параллельна индукции магнитного поля).

  3. ξ = –∆Ф/ ∆t = – LI/∆t - закон электромагнитной индукции.

  4. ξ = –Ф= ξmax sinωt = BSωsinωtЭДС в рамке, вращающейся в магнитном поле

  5. ξmax = BSω – максимальная ЭДС в рамке, вращающейся в магнитном поле

  6. ξmax = nBSω – максимальная ЭДС в контуре из n витков.

  7. k = U1/U2 =N1/N2коэффициент трансформации.

  8. u = Umax cos( ωt + φо ), i = Imax cos (ωt ) – колебания напряжения и тока в цепи переменного тока

  9. T=2π√LС - формула Томсона

  10. ω=1/√LCциклическая частота собственных колебаний контура

  11. W = Cu2/2 + Li2/2, W = CUm2/2 = LIm2/2.– энергия контура

  12. R =ρl/Sсопротивление резистора

  13. ХС = 1/ωCсопротивление конденсатора

  14. XL= ωLсопротивление катушки

  15. Действующие значения силы тока и напряжения

  1. P = Iд Uд, P = Im Um /2 – мощность переменного тока.


  1. Z = Um /Im= √ R2+ ( XLXC )2полное сопротивление контура

  2. Im = Um / Z закон Ома для цепи переменного тока

  3. XL = XC , ωL = 1/ωCусловие резонанса в цепях переменного тока.


Решение задач:

З адача 1. Колебательный контур настроен на частоту 10 кгц. Максимальное напряжение на обкладках конденсатора 3 В, а максимальная энергия поля конденсатора 90 мкДж. Найти электроёмкость конденсатора, индуктивность катушки. Какой максимальный ток проходит через катушку?

Решение. WC=Cu2/2, C = 2W/U2 =2·10-5Ф. ν = 1/Т , T=2π√LC , L = 1/ ν2 π2 C = 0,125мГн.

WCm = WLm, , Im2 = CUm2/ L = 1,44 A2, Im = 1,2 A.

Задача 2. Коэффициент трансформации равен 10. На первичной катушке колебания напряжения тока описываются уравнением u = 180 cos100πt. Написать уравнение колебания напряжения на вторичной катушке. Какой характер имеют потери мощности в трансформаторе? Какая обмотка должна иметь большее сечение и почему?

Р ешение. Um1 =180 В , Um2 = 180/10 =18 В, u2 = 18 cos100πt. Потери мощности на обмотке тепловые. Вторая катушка должна иметь большее сечение, потому что по ней протекает большой ток.


Задача 3. Сила тока, протекающая через катушку индуктивностью L = 6 Гн. изменяется со временем как показано на рисунке. Найти ЭДС индукции, возникающей в катушке в момент времени 1 сек, 3 сек, 7сек.

Решение. ε1 =LI / ∆t = - 6Гн·6А/2с = 18В, ε2 = 3В, ε2 = 12В.

З адача 4. По графику зависимости напряжения от времени на резисторе сопротивлением 100 Ом найти максимальное значение напряжения и силы тока на резисторе, среднюю мощность, выделяемую током на резисторе. Написать уравнения зависимости напряжения и силы тока от времени на резисторе.

Решение. Um = 50 В, T = 0,8 c, Im = Um/R = 0,5 A, Im = Um/R=0,5 A, P = Iд Uд , P = Im Um /2 = Um2/2R = 12,5 Вт. ω =2π/T =2π/0,8 =2,5π с -1

u = Umax cos( ωt ) = 50 cos( 2,5 π t ), i = Imax cos ( ωt ) =0,5 cos( 2,5 π t ).

Задача.5. Магнитный поток, пронизывающий рамку меняется по закону Ф = 0,01 sin 10πt. Найти максимальное значение магнитного потока и частоту вращения рамки. Написать формулу зависимости ЭДС от времени. Вычислить значение ЭДС через 0,02 сек от начала отсчёта времени.

Решение. Фм = 0,01 Вб. ω = 10 π с -1. ν = ω/2π = 5 с -1.

ε = –∆Ф/ ∆t = – Фۥ= – 10·0,01cos10πt = – 0,314 cos10π0,02. ε = –0,314cos18= –0,314·0,95=0,3 В.

Задача 6. В однородном магнитном поле с индукцией 0, 1 Тл вращается проводящая рамка площадью 500см2. Частота вращения 20 Гц. Амплитуда ЭДС, возникающей в рамке 63 В. Найти максимальный поток, пронизывающий рамку. Сколько витков имеет рамка? Написать формулы зависимости магнитного потока и ЭДС от времени.

Решение. Фm = BS = 0,1Тл · 0,05 м2 = 0,005 Вб. ξ = BSω= BS2π ν = 0,005·6,28·20 = 0,628 В.

εм= ε1·N, N = εм/ ε1, N = 100 . ξ = ξmax sinωt = 63sin40πt.


Задача 7. Колебательный контур, подключённый к генератору, содержит резистор, сопротивление которого 5 Ом, катушку индуктивностью 5 Гн и конденсатор. Определите электроёмкость конденсатора, при которой в контуре при частоте в 1 кГц возникает резонанс. Найдите показания амперметра, (включённого в сеть) при резонансе, если действующее напряжение на генераторе 220 В.

Решение. XL = XC , ωL = 1/ωC, С=1/ω2L = 5·10-9Ф. Iд = Uд/R =220 В / 5 Ом = 44 А.

Задача 8. К генератору переменного тока с частотой ν = 100 Гц подключены катушка индуктивностью 0,5 Гн, конденсатор ёмкостью 4 мкФ и резистор сопротивлением 54 Ом. Сила тока в цепи 0,5 А Найдите полное сопротивление цепи и максимальное напряжение на генераторе.


Решение. Z = Um/Im= √ R2+ ( XL – XC )2 = 101,5 Ом. Um = Z Im = Z Iд1,4=70,7 В

Задача 9. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 0,05мГн и конденсатора ёмкостью 20 пФ. Максимальное напряжение на конденсаторе 100 В при частоте 5 МГц.

  1. Найти сопротивления катушки и конденсатора и полное сопротивление контура.

  2. Написать уравнение колебаний напряжения на конденсаторе.

  3. Как увеличить частоту свободных колебаний контура.

Р ешение. ХС = 1/ωC = 1/ 2·3,14·5·106 с -1 ·20·10 -12Ф = 1600 Ом.

XL= ωL = 2·3,14·5·106 с -1 ·5·10 -5Гн=1570 Ом. Z = Um/Im= √ R2+ ( XL – XC )2 = 30 Ом.

u = Umax cos( ωt ) = 100 cos(107 π t).

Увеличить частоту свободных колебаний контура можно уменьшая электроёмкость и индуктивность.


Тема: Закон электромагнитной индукции.


Изменение магнитного потока

Интервал времени

Число витков

ЭДС индукции

1

-2мТл

5мс

100

?

2

-4мТл

3мс

?

26,7В

3

-3мТл

?

200

120В

4

?

6мс

500

12В

5

-1мТл

6мс

100

?

6

-3,5мТл

2,1мс

?

27,5В

7

-2,5мТл

?

300

150В

8

?

5,2мс

700

22В

9

-2,4мТл

4,8мс

150

?

10

-4,2мТл

3,8мс

?

28,5В

11

-3,7мТл

?

250

140В

12

?

6,3мс

450

32В

13

-2,3мТл

5,1мс

180

?

14

-4,2мТл

3,2мс

?

26,9В

15

-3,9мТл

?

220

132В

16

?

6,6мс

520

42В


Тема: ЭДС индукции в движущихся проводниках.


Магнитная индукция,

Скорость

Длина проводника,

Угол между В и I

ЭДС индукции

1

3мТл

64 км/ч

12 см

300

?

2

?

34 км/ч

13 см

600

32 В

3

5 мТл

?

10 см

900

12 В

4

8 мТл

55 км/ч

?

450

56 В

5

4 мТл

75 км/ч

14 см

?

56 В

6

7мТл

88 км/ч

11 см

900

?

7

?

24 км/ч

15 см

450

3 В

8

9 мТл

?

16 см

300

2 В

9

5 мТл

98 км/ч

?

600

10 В

10

1 мТл

66 км/ч

18 см

?

13 В

11

6мТл

13 км/ч

19 см

900

?

12

?

46 км/ч

12 см

600

5 В

13

12 мТл

?

11 см

300

21 В

14

5 мТл

74 км/ч

?

450

6 В

15

13 мТл

87 км/ч

13 см

?

1 В

16

2мТл

38 км/ч

15 см

300

?


Для самостоятельного решения

Задача 10. В магнитном поле с индукцией 0,4 Тл вращается рамка, площадью 200 см2 с частотой 5Гц. В начальный момент рамка перпендикулярна линиям магнитной индукции.

  1. Найти максимальный магнитный поток и максимальное значение Э.Д.С. индукции в рамке.

  2. Найти начальную фазу колебаний. Написать уравнения зависимости магнитного потока и ЭДС от времени.

  3. Н айти значение Э.Д.С. через 0,2 с., если начальная фаза будет равна π/6.

Ответ: 0,008Вб; 0,2512 В; 0; ξ = 12,3·10 - 4 В.

Задача 11. Индукция направлена перпендикулярно плоскости листа к нам.

  1. Какой способ индуцирования тока изображен на рисунке?

  2. Какой знак имеет разность потенциалов в точках К и М?

  3. Что произойдёт, если проводник КМ будет двигаться в обратную сторону?

Задача 12. Цепь, состоящую из катушки индуктивностью 0,2 Гн, конденсатора, ёмкостью 10мкФ и резистора, сопротивлением 50 Ом подключили, соединённых последовательно, подсоединили к промышленному генератору переменного тока. Сила тока в цепи 2 А.

  1. Найти сопротивление катушки, конденсатора и полное сопротивление цепи.

  2. Написать уравнение колебаний тока на катушке.

  3. При какой частоте в цепи будет наблюдаться резонанс?

Ответ: 63 Ом; 320 Ом; 262 Ом; 71 Гц.

Задача 13. На первичной катушке трансформатора колебания напряжения описываются уравнением u =308 Cos 100πt. На вторичной катушке вольтметр показал напряжение 6,3 В.

    1. Найти коэффициент трансформации, максимальное и действующее значение напряжения на первичной катушке.

    2. О пределить частоту переменного тока. Написать уравнение колебания напряжения на вторичной катушке.

    3. Из какого ферромагнетика изготавливают сердечник трансформатора.

Ответ: 35; 305 В; 220 В; 50 Гц;


Задача 14. Индукция поля линейно возрастает с течением времени.

1.Какой способ индуцирования тока изображён на рисунке?

2.Какой знак имеет разность потенциалов в точках M и N?

3.Что произойдёт, если индукция поля начнёт линейно уменьшаться с течением времени?


Тяговая характеристика локомотива.

Тяговая характеристика локомотива – это зависимость силы тяги локомотива от скорости движения, Fk(V).

Из механики известно, что мощность Р определяется произведением вращающего момента на частоту вращения – Р=М х n. Зная образование силы тяги, это же выражение обозначим как Р=Fk x V, где мощность Р измеряется в Вт, сила тяги Fк – в Н, скорость движения V – в м/с. В тяговых расчетах мощность Р выражается в кВт, сила тяги Fк – в кН, скорость движения V – в км/ч, поэтому формула будет иметь вид: Р=Fк х V / 3,6 , кВт.

Из этого выражения следует, чтобы возить больше и быстрей, необходимы мощные локомотивы. Это необходимо для преодоления крутых затяжных подъемов поездами большей массы и сохранением высокой скорости движения. Но при этом при следовании по спускам и площадкам не требуется большой силы тяги, и мощность локомотива будет недоиспользована.

На тепловозах устанавливать дизели большой мощности не возможно из-за их больших габаритов и большого веса. Поэтому на тепловозах скорость движения по расчетным подъемам около 25 км/ч. Если же необходимо сократить время движения увеличением скорости движения, то необходимо понизить силу тяги, а значит уменьшить массу состава.

Чтобы использовать мощность локомотива в полном объеме на различных профилях, необходимо Рк = Fк х V = Сonst.

Такая графическая зависимость между силой тяги и скоростью движения для тепловозов будет иметь вид параболы и осуществляется автоматически.

Т яговая характеристика локомотива имеет ограничение по сцеплению колес колесных пар с рельсами и ограничение по максимальной скорости движения

Переход с участка характеристики зависимости силы тяги ограниченной сцеплением колес колесных пар с рельсами от скорости движения Fк сцеп (V) на тяговую характеристику у тепловозов осуществляется при скорости 12-20 км / ч, у электровозов – при скорости 45-60 км / ч.

У электровозов мощность электродвигателей можно увеличивать в нужный момент за счет получения дополнительной электроэнергии из контактной сети для увеличения величины электрического тока, а, значит, и силы тяги.

При протекании электрического тока происходит нагрев обмоток тяговых электродвигателей. Тепло от тяговых электродвигателей отводится вентиляторами. При длительной работе электродвигателей с большими токами мощность вентиляторов может оказаться недостаточной. Может произойти

перегрев обмоток тяговых электродвигателей, разрушение изоляции и, как

следствие, короткое замыкание и пожар. Чтобы этого не произошло, необходимо регулировать величину силы тока в зависимости от времени работы электродвигателей под этим током.

Различают два режима работы электродвигателей – часовой и продолжительный (длительный).

При часовом режиме по электродвигателю пропускают максимальный электрический ток, который в течение часа не перегреет электродвигатель при нормальной вентиляции выше нормы (145оС).

При продолжительном режиме пропускается максимальной величины электрический ток, который не перегревает электродвигатель в течение неограниченного времени. При испытаниях электродвигателей за продолжительный период считается промежуток времени равный 6 часам.

Сила тяги, полученная при продолжительном режиме работы тяговых электродвигателей, называется расчетной Fк р , а скорость, соответствующая этой силе тяги, также называется расчетной Vр

Для грузовых тепловозов расчетная скорость Vр =20-25 км /ч, а для грузовых электровозов _ Vр =43-47 км /ч. Отсюда вывод: электровозы обеспечивают прохождение трудных подъемов поездами одинаковой массы за меньшее время, чем тепловозы. В этом главное преимущество электровозов.

Режимы движения поезда.

Поезд может находиться в трех режимах движения: в режиме тяги, когда у локомотива создается сила тяги; в режиме выбега, когда у локомотива нет силы тяги, и поезд движется за счет запасенной кинетической энергии (по инерции); в режиме торможения, когда создается тормозная сила.

Если силу тяги Fк, силы сопротивления Wк, силу торможения Вт поделить на вес поезда (масса, умноженная на ускорение свободного падения m*g), то получим, соответственно, удельную силу тяги , удельную силу сопротивления , удельную тормозную силу .

Удельная ускоряющая сила в общем случае fy=fx-wkm. Для режима тяги fy=fx-wk; для режима выбега fy= -wk, для режима торможения fy= -wkm.

При движении поезда ускоряющая сила изменяется в связи с изменением режимов работы локомотива, плана и профиля пути. Наиболее общим случаем является ускоренное или замедленное движение и только в частных случаях – равномерное.

Ускоренное движение можно получить как в режиме тяги, так и в режиме выбега и торможения при следовании на спусках, когда составляющие от веса поезда окажутся больше сил сопротивления движения или суммы сил сопротивления движения и тормозной силы.

Равномерное движение наступает при равенстве этих сил.

Замедленное движение может быть и в режиме тяги при следовании по подъему, когда сила тяги окажется меньше сил основного и дополнительного сопротивлений движению.

При     fy 0 – ускоренное движение, fy = const 0 равноускоренное.

При     fy fy = const

При     fy = 0 – равномерное движение.

22. К.П.Д. локомотивной тяги.

Для электрической тяги К.П.Д. определяется произведением , .где

- К.П.Д. электростанции (тепловая, атомная, гидравлическая); у гидроэлектростанции К.П.Д. выше;

- К.П.Д. повышающего трансформатора, установленного на электростанции;

- К.П.Д. линии высоковольтной передачи (ЛЭП);

- К.П.Д. тяговой подстанции;

- К.П.Д. контактной сети;

- К.П.Д. электровоза.

Наибольшее влияние на величину К.П.Д. электрической тяги оказывает значение К.П.Д. электростанции.

Для тепловой тяги К.П.Д. определяется произведением

, где

= 0,35 0,40 – К.П.Д. дизеля;

= 0,94 0,95 – К.П.Д. генератора;

= 0,99 – К.П.Д. выпрямительной установки (только для тепловозов с генератором переменного тока и тяговыми электродвигателями постоянного тока).

= 0,915 – К.П.Д. тяговых электродвигателей.

= 0,975 – К.П.Д. зубчатой передачи.

= 0,88 0,92 – К.П.Д. вспомогательных затрат.


Рекуперативное и реостатное торможение

Р екуперативное и реостатное торможение осуществляется с помощью тяговых двигателей локомотива, так как они являются обратимыми машинами. То есть, если якорь электродвигателя принудительно вращать, то двигатель превращается в генератор.

При рекуперативном и реостатном торможении вращение якоря происходит под действием момента силы сцепления, передаваемого ведущим колесом от рельса. Вследствие явления электромагнитной индукции в обмотке якоря возникает электрический ток. Согласно правилу Ленца ток течет так, чтобы противодействовать вращению якоря.

То есть, по сравнению с двигательным режимом, направление тока и момента сил Ампера противоположное (рис. 8.7). Этот момент сил Ампера противодействует вращению колес локомотива и является источником тормозных сил. По закону Фарадея ЭДС электромагнитной индукции в одном витке, вращающемся в магнитном поле с индукцией В с угловой скоростью ω, равна BSω. Умножив на число витков, получим для ЭДС якоря:


Е=BSNω = Ψ w (8.11)


Здесь Ψ = BSN –– потокосцепление обмотки якоря, S –– площадь витков.

Рассмотрим реостатный режим торможения локомотива с двигателями постоянного тока. При реостатном режиме двигатели отключается от контактной сети, включаются параллельно во избежание больших ЭДС, обмотки якорей замыкается на пусковой реостат R. Кинетическая энергия при торможении поезда посредством двигателя, вырабатывающего электрический ток, превращается в теплоту на реостате.

В
двигателях последовательного возбуждения при переходе на реостатное торможение следует переходить либо на независимое возбуждение, либо переключать выводы катушки возбуждения так, чтобы ток в них шел в прежнем направлении (рис. 8.8, "генератор"). Иначе индукционный ток якоря, пошедший в обратном направлении, в некоторый момент времени размагнитит железо полюсов катушек возбуждения. Без магнитного поля исчезнет ЭДС индукции, в обмотке якоря исчезнет ток. Якорь будет вращаться просто как железная болванка. Торможение станет невозможным.

Но это еще не все. Двигатели последовательного возбуждения в режиме "генератор" не подходят для реостатного торможения из-за характерной S-образной зависимости индукции магнитного поля и, соответственно, ЭДС от силы тока (рис. 8.9, жирная линия). В состоянии равновесия падение напряжения на сопротивлениях равно ЭДС: E=J0(R+r). Пусть сила тока случайно возрастет. Это приведет к превышению ЭДС по сравнению с падением напряжения (пунктирная линия). Сила тока начинает самопроизвольно возрастать. Равновесие оказалось неустойчивым. Происходит самовозбуждение генератора. И, наоборот, при случайном уменьшении силы тока ЭДС обмотки якоря станет меньше падения напряжения, что приведет к дальнейшему падению силы тока.

П оэтому при реостатном торможении обмотку возбуждения питают от независимого источника тока. При независимом возбуждении ЭДС индукции будет почти постоянна, несколько уменьшается из-за ослабления магнитного поля током якоря (точечная линия на рис. 8.9). Если сила тока в якоре случайно возрастет, то ЭДС индукции падает и сила тока приходит в норму. Самовозбуждения генератора не происходит.

Момент сил торможения якоря равен M=JBSN. Сила тока в цепи «двигатель––реостат» с сопротивлением (R+r), по закону Ома, равна . Подставив в формулу момента сил торможения, получим

. (8.12)


С уменьшением скорости поезда при торможении сила торможения уменьшается. Чтобы поддерживать достаточное значение силы торможения синхронно со скоростью выводят реостат (R0). С уменьшением сопротивления реостата, возрастает сила тока, и момент силы торможения поддерживается постоянным. Но в конце торможения (ω→0) эти действия становятся уже недостаточными, и следует применять пневматическое торможение.

Момент сил Ампера не должен достичь значения, при котором якорь так затормозит колеса локомотива, что они будут скользить по рельсу. Но как только колеса локомотива перестанут вращаться (ω→0), это же произойдет с якорем двигателя. ЭДС и сила тока и тормозящий момент сил Ампера уменьшатся, согласно (8.12). После этого колеса и якорь под действием рельса снова придут во вращение. Но только до тех пор, пока опять не возрастет момент сил и опять не затормозит колеса. И так далее. Поэтому при большой скорости нельзя сразу сильно уменьшать сопротивлении реостата, иначе локомотив будет двигаться рывками.

Рассмотрим рекуперативное торможение поезда с двигателями постоянного тока. При рекуперативном торможении избыточная кинетическая энергия поезда при торможении или потенциальная энергия при движении с постоянной скоростью на затяжном спуске передаются в контактную сеть. Двигатели локомотива не отключаются от контактной сети, их переводят в генераторный режим. Чтобы отдавать энергию в контактную сеть, ЭДС якоря должна стать выше напряжения контактной сети. Тогда электрический ток в обмотке якоря потечет в обратном направлении по сравнению с двигательным режимом и появится тормозящий момент сил якоря. При этом во избежание размагничивания магнитной цепи ток в катушках возбуждения должен течь в прежнем направлении.

ЭДС обмотки якоря в генераторном режиме по формуле (8.11) равна Е=Ψω. В электрической цепи «якорь––контактная сеть» теперь оказываются два источника тока: тяговая подстанция и ЭДС якоря, включенные навстречу друг другу. Сила тока в этой цепи якоря определяется законом Ома:

, (8.13)

где r –– сопротивление обмотки якоря. Этот ток поступает в контактную сеть. Подставив силу тока в формулу момента сил торможения, получим

. (8.14)

Как видно из структуры уравнения (8.14), момент сил торможения может быть создан, если ЭДС индукции больше напряжения в контактной сети, например, при повышенной скорости вращения якоря ω. Этот режим рекуперации осуществляется при возрастании скорости движения поезда на спусках. Либо при торможении следует синхронно с уменьшением скорости движения увеличивать индукцию магнитного поля В. Но так как индукция в железе магнитной цепи обладает свойством насыщения, то рекуперативное торможение осуществляется только при высоких значениях скорости. Окончательное торможение производится пневматическими тормозами.

Двигатели с последовательным возбуждением не подходят для целей рекуперации. Равновесие Е=U+J r, как и при реостатном торможении, оказывается неустойчивым, поэтому применяют независимое возбуждение (рис. 8.10). Катушки возбуждения тягового двигателя переключают на внешний источник тока, на возбудитель.

В озникает еще одна проблема, вызванная довольно сильными колебаниями напряжения в контактной сети из-за работы других локомотивов. Если вдруг напряжение подскочит и превысит ЭДС якоря, то направление тока изменится и вместо торможения локомотив перейдет в режим тяги. Чтобы этого не случилось, возбудитель включают так, чтобы повышение напряжения контактной сети увеличивало ток возбудителя. Индукция возра-стает, и ток рекуперации поддерживается на постоянном уровне. И наоборот, при падении напряжения контактной сети, возбудитель уменьшает ток катушек возбуждения.

Рекуперативное и реостатное торможение имеет преимущества по сравнению с пневматическим торможением. Не изнашиваются тормозные колодки, бандаж колеса. Колесо, не зажатое колодкой, может совершать поперечное перемещение при качении по рельсу, не истирая рельс. В значительной степени исключено движение юзом, поэтому можно достичь больших значений сил торможения, чем при нажатии тормозных колодок на колесо. Однако перед остановкой рекуперативное и реостатное торможение не эффективно, нужны очень сильные магнитные поля, которые из-за насыщения железа магнитной цепи не достижимы. Поэтому торможение до остановки производят пневматическими колодочными тормозами. Вообще-то желательно иметь в поезде две системы торможения. Это повышает безопасность движения.

Регулирование скорости движения

Тяговые двигатели локомотива должны обеспечивать в широких пределах плавное регулирование скорости движения поезда. Для этого следует регулировать мощность двигателей. Согласно уравнению баланса мощности , это можно производить двумя способами: либо изменяя напряжения питания U тягового электродвигателя, либо изменяя силу тока J, потребляемого двигателем. На практике реализуются оба способа.

Если все, например восемь двигателей электровоза, включить последовательно, то напряжение на каждом из них будет 375 В при напряжении контактной сети 3 кВ (рис. 8.11). Если переключить их в две параллельные группы по четыре в каждой (параллельно-последовательное соединение), то напряжение на каждом двигателе будет уже 750 В. Если двигатели переключить в четыре параллельные группы по два в каждой (параллельное соединение), то напряжение на каждом двигателе станет 1500 В.

Повышать напряжение более 1500 В на применяемых двигателях не рекомендуется во избежание пробоя изоляции. Таким образом, три ступени регулирования напряжения получаются достаточно большими, а у поезда будет три скорости равномерного движения, поэтому для плавной регулировки скорости движения, сглаживания рывков и толчков при переключении двигателей, применяют пуско-вой реостат.

В момент начала движения якоря тяговых двигателей не вращаются. ПротивоЭДС двигателей отсутствует. Если бы не было пускового реостата, то контактная сеть была бы накоротко замкнута на обмотки двигателей, активное сопротивление которых составляет доли ома. Это привело бы к катастрофически огромным значениям силы тока в тысячи ампер, поэтому последовательно с двигателями включают пусковой реостат, сопротивление которого R должно ограничить максимальную силу тока до допустимого значения. Максимальная сила тока не должна превышать опасных значений по нагреву обмоток. Но более важным является то, чтобы вращающий момент сил не вызвал буксование колес локомотива.

Определим максимально допустимый ток. Момент предельной силы сцепления колес локомотива с рельсами относительно их осей равен , где D –– диаметр колес, m –– масса локомотива. На якорь через зубчатую передачу передается вращающий момент сил Мдвиг /n, где n –– передаточное отношение. Вращающий момент сил Ампера всех двигателей при потреблении максимального тока равен , где Ψ =BSN –– потокосцепление обмотки якоря. При максимальном токе потокосцепление близко к насыщению и примерно постоянно. Из равенства момента электромагнитных сил Ампера и передаваемого от колес момента сил сцепления, можно определить максимальную силу тока при начале движения поезда:

. (8.15)

Таким образом, чтобы ограничить силу тока через двигатели, полное сопротивление пускового реостата должно быть не менее . Примерно 25 Ом. Реостат разделен на секции, что позволяет, комбинируя их включение, получить около двадцати ступеней регулирования сопротивления реостата. Соответственно, становится возможным более плавное регулирование мощности двигателей и скорости движения поезда. Но так как на реостате происходят потери электрической энергии, превращение ее в теплоту, то пользуются им кратковременно, в момент пуска двигателей и между переключением двигателей. При протекании тока Jmax якоря тяговых двигателей развивают вращающий момент сил и поезд начинает движение под действием предельной силы тяги с ускорением. С началом вращения противо-ЭДС якорей Е возрастает, сила тока по закону Ома уменьшается: . Это приводит к уменьшению силы тяги. Скорость поезда хотя и растет, но с уменьшающимся ускорением.

При некотором значении достигнутой скорости движения (V1) (рис. 8.12) и уменьшившейся силе тяги Fmin машинист отключает одну ступень реостата. Но так, чтобы сила возросшего тока не превысила предельного значения Jmax . Иначе, при слишком раннем отключении, момент сил Ампера превысит допустимое значение и начнется буксование колес. Если ступень реостата отключена вовремя, то сила тяги скачком поднимается от значения Fmin до предельного значения Fсц, и ускорение опять возрастает. Скачок силы тяги воспринимается поездом как толчок. Скачок ускорения будет равен отношению скачка сил к массе поезда: . Из условия комфорта пассажирам и автосцепкам, так чтобы толчок был достаточно слабым, выбирается число ступеней регулирования пускового реостата (около 20). В идеальном случае их должно быть бесконечно много, тогда сила тяги можно сделать почти постоянной.

Эту операцию отключения секций реостата проводят до тех пор, пока реостат не будет полностью выведен (на рис. 8.12 показано 4 вместо 20 переключений). Если бы оставить последовательное включение двигателей, то движение перешло бы в режим постоянной мощности. Сила тяги с ростом скорости будет постепенно уменьшаться: , пока не сравняется с силами сопротивления движению. А скорость достигла бы значения Vпосл.

Дальнейшее увеличение скорости возможно при переключении двигателей с последовательного соединения на последовательно-параллельное соединение. Но одновременно следует полностью ввести реостат. Повторяются операции с отключением секций пускового реостата до их полного выведения и перехода на ступень параллельного соединения. На этом возможности увеличения скорости поезда за счет переключения двигателей и секций реостата исчерпаны. Скорость в режиме движения с постоянной мощностью достигает значения Vпаралл.

Однако существует еще третья возможность увеличения силы тока, мощности и скорости движения поезда. Для этого параллельно катушке возбуждения включают индуктивный шунт (рис. 8.13). Их общее сопротивление уменьшается, и сила тока через якорь возрастает. Называется эта операция "ослабление поля или ослабление возбуждения". На самом деле, если индукция была близка к насыщению, то уменьшение силы тока через катушку приводит к уменьшению индукции незначительно. Но ток в якорной обмотке возрастает за счет дополнительного тока через шунт, J=Jвозб+Jш. Момент сил якоря будет возрастать, если будет расти произведение возрастающей силы тока якоря на уменьшающуюся индукцию: Мдвиг=JBSN.

Если шунт имеет три ступени регулирования на каждую схему соединения двигателей (на рис 8.12 показана одна, пунктир), то число скоростей равномерного движения поезда будет двенадцать.

Применение пускового реостата и трех схем включения двигателей позволяет сэкономить электрическую энергию. Пусть, например, имеется всего одна схема включения двигателей –– пара-ллельная. Пусть в режиме движения поезда при ограничении силы тяги по сцеплению, сила тяги равна предельной силе сцепления и почти постоянна. Также остается постоянной сила тока Jmax. Это достигается регулированием сопротивления реостата. За время разгона t0 тяговая подстанция совершит работу, которая, согласно закону Джоуля –– Ленца, равна произведению мощности на время разгона: . На графике "мощность––время" работа подстанции равна площади прямоугольника с ординатой Р и абсциссой t0 (рис. 8. 14). Работа подстанции расходуется на полезную работу двигателей локомотива и на теплоту, выделяемую на пусковом реостате.

Полезная мощность равна произведению силы тяги на скорость, а при постоянном ускорении скорость пропорциональна времени разгона: . На графике P(t) это прямая линия, являющаяся диагональю прямоугольника. Полезная работа по графическому смыслу интеграла равна площади треугольника , то есть половине работы подстанции. Теплота, выделенная на пусковом резисторе, равна площади верхнего треугольника. КПД режима разгона с одной схемой включения двигателей 50%.

Е сли используется три схемы включения тяговых двигателей, каждая со своим напряжением на двигателе, то выделенная теплота будет равна площади трех заштрихованных треугольников, или трех маленьких прямоугольников (рис. 8.14). Полная Работа тяговой подстанции равна площади большого прямоугольника, или 16 маленьких. Тогда доля потерь 3/16, а КПД η =13/16 = 81,5%. Если бы схем включения двигателей было больше трех, то тепловые потери были бы еще меньше.


Трансформатор и выпрямитель тяговой подстанции

На железнодорожном транспорте применяются два вида тока –– постоянный с напряжением 3 кВ и однофазный переменный с напряжением 25 кВ. Передача электроэнергии от тяговой подстанции, являющейся источником тока, к электровозу, электропоезду производится с помощью контактной сети. Контактная сеть состоит из контактного провода и рельсов.

На тяговой подстанции высокое переменное напряжение (сотни киловольт), получаемое от ЛЭП, понижается трансформатором. Для сети постоянного тока напряжение выпрямляется блоком полу-проводниковых выпрямителей. Пульсации напряжения сглаживаются фильтром из конденсаторов и катушек индуктивности (реактором) (рис. 9.1).

К положительному выводу выпрямителя подсоединяется кон-тактный провод, к отрицательному выводу –– заземление. Электри-ческий ток, снимаемый от контактного провода токосъемником, при-водит в действие тяговые двигатели и другие аппараты электровоза и стекает на рельс. Так как рельсы не изолированы от земли, то обратно на подстанцию ток течет как по рельсам, так и по земле на заземление и от заземления по отсасывающему проводу возвращается на отри-цательный вывод выпрямителя. Чтобы избежать электрохимической коррозии рельсов, рельсы подсоединяются к отрицательному выводу выпрямителя. При этом создаётся катодная защита рельсов от эле-ктрохимической коррозии в растворе почвенных вод, а коррозирует металл заземления, который заменить проще, чем рельсы.



1. Рассмотрим работу трансформатора. Трансформатор –– это статическое (без движущихся частей) электромагнитное устройство для преобразования силы тока и напряжения в цепях переменного то-ка. Коэффициент полезного действия трансформаторов высок, около 95% и для больших трансформаторов достигает 98––99 %. Простота преобразования и высокий КПД обусловили преимущественное применение переменного тока в промышленности и в быту.

В простейшем случае трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) –– первичной и вторичной, надетых на общий сердечник –– магнитопровод (рис. 9.2). Магнитопровод собирается из тонколи-стового электротехнического железа, магнитная проницае-мость которого достигает де-сятков –– сотен тысяч единиц. Во столько раз магнитное по-ле тока усиливается внут-ренним магнитным полем железа. Листы изолированы друг от друга окалиной или лаком для ограничения вих-ревых токов.

Рассмотрим принцип действия трансформатора в режиме холо-стого хода, когда нагрузка отсутствует. Первичная обмотка подсое-диняется к источнику переменного напряжения. При протекании переменного тока по первичной обмотке в магнитопроводе возбуж-дается переменный магнитный поток. Так как рассеяние магнитного поля в магнитопроводе незначительно, то магнитный поток пронизы-вает витки вторичной обмотки. Переменный магнитный поток, вслед-ствие явления электромагнитной индукции, возбуждает в ее витках ЭДС. ЭДС в одном витке, согласно закону Фарадея, равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего поверхность этого витка . Так как все витки соединены последовательно, то суммарную ЭДС на вторичной обмотке определим как произведение ЭДС в одном витке на число витков вторичной обмотки: .

Тот же магнитный поток пронизывает витки первичной обмотки, вызывая в них ЭДС самоиндукции: . По закону Ома для первичной катушки, подключенной к генератору, напряжение генератора равно сумме ЭДС катушки и падения напряжения на ее активном сопротивлении: U1 = Jr + E1. В режиме холостого хода потребляемый ток небольшой и падением напряжения на сопротивлении можно пренебречь. Тогда напряжение генератора практически равно и скомпенсировано ЭДС самоиндукции: U1 = E1. Отношение напряжений на выводах вторичной и первичной катушек равно отношению их ЭДС и пропорционально числам витков:

. (9.1)

Отношение называется коэффициентом трансформации. Для понижающих трансформаторов тяговых подстанций число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки.

В рабочем режиме при включении нагрузки коэффициент трансформации изменяется незначительно. Ток, появившийся во вторичной обмотке, согласно правилу Ленца, создает свое магнитное поле, противодействующее изменению магнитного потока в магнитопроводе. Но тогда одновременно уменьшается ЭДС самоиндукции первичной катушки и она уже не полностью компенсирует напряжение генератора. Поэтому сразу же сила тока в первичной катушке возрастает до тех пор, пока ЭДС самоиндукции снова не станет почти равной напряжению генератора (за исключением потерь напряжения). Результирующий магнитный поток обеих катушек автоматически восстанавливается почти до прежнего значения, какой был в режиме холостого хода, и поддерживается на этом уровне.

Тогда, по закону сохранения энергии, мощность, получаемая от генератора, должна быть почти равна мощности, передаваемой нагрузке, за исключением потерь мощности: . С учетом (9.1) отношение сил токов в катушках будет обратно пропорционально числам витков обмоток:

. (9.2)



Поэтому понижающую катушку с большой силой тока наматывают из провода большого сечения.



2. Для преобразования переменного тока в постоянный ток на тяговых подстанциях применяются выпрямители из полупроводниковых диодов. Диод –– это электронный прибор, основным элементом которого является электронно-дырочный переход, или р-n переход. Он образуется в зоне контакта двух полупроводников с различным типом проводимости: электронной (n-типа) и дырочной (p-типа).

Полупроводник n-типа можно создать, если в сверхчистый кристалл 4-валентного германия или кремния ввести сотые доли процента пятивалентной примеси. Один из пяти электронов атома примеси слабо участвует в химической связи с атомами. Его сравнительно легко можно сделать свободным за счет энергии теплового движения. Эти электроны в полупроводнике n-типа являются основными носителями тока.

Полупроводник p-типа можно создать, если в сверхчистый кристалл 4-валентного германия или кремния ввести 3-валентные атомы примеси. Одна химическая связь оказывается незаполненной. Ее может занять электрон соседнего атома, а освободившуюся связь займет следующий электрон и так далее. Движение многих электронов можно заменить перемещением одной вакантной химической связи в направлении, противоположном движению электронов, как будто движется в кристалле положительный заряд. Его называют дыркой. Дырка –– основной носитель тока в полупроводниках p-типа.

Кроме основных носителей, в кристаллах полупроводника имеется небольшое количество неосновных носителей заряда. Это электроны в полупроводнике p-типа и дырки в полупроводниках n-типа, возникающих при ионизации основных атомов полупроводника.

Рассмотрим процессы в электронно-дырочном переходе. В момент образования контакта концентрация свободных электронов и дырок по разные стороны контакта различная. Начинается, вследствие явления диффузии, движение основных носителей заряда через электронно-дырочный переход в область с меньшей концентрацией. Электроны из полупроводника n-типа, диффундируют в полупроводник p-типа, занимают вакантные связи атомов примеси, превращая их в отрицательные ионы. И наоборот, дырки, попав в полупроводник n-типа, поглощают свободные электроны, превращая атом в положительный ион. Этот процесс взаимодействия электронов и дырок называется рекомбинацией. Область p-типа заряжается отрицательно, а область n- типа –– положительно (рис. 9.3).

В зоне контакта образуется двойной электрический слой с разностью потенциалов Uк, который препятствует дальнейшему росту тока диффузии основных носителей. Возникает потенциальный барьер. Количество зарядов, которые могут преодолеть барьер, зависит от температуры и определяется законом Больцмана. Сила тока диффузии экспоненциально зависит от высоты барьера U к:



. (9.3)


Зато для неосновных носителей заряда потенциальный барьер не существует. Наоборот, электрическое поле двойного слоя увлекает эти заряды, создавая так называемый ток дрейфа. Это приводит к некоторому уменьшению высоты потенциального барьера. Но сразу возрастает ток диффузии. Наступает динамическое равновесие встречных токов дрейфа и диффузии: Jдр= Jдиф. Ток дрейфа сравнительно мал, так как концентрация неосновных носителей невелика. Из условия равновесия его можно определить по формуле (9.3).

Приложим прямое напряжение U, которое понижает потенцииальный барьер (рис. 9.3). Его высота станет меньше (UUк). Это приведет к нарушению динамического равновесия. Ток диффузии возрастет, а ток дрейфа неосновных носителей останется прежним. Силу тока диффузии можно определить по формуле (9.3), считая высоту барьера (UUk). Результирующая сила тока будет J= Jдиф Jдр, или . Выражение перед скобкой равно току дрейфа. Итак, сила тока определяется формулой

(9.4)

Сила прямого тока через электронно-дырочный переход экспоненциально возрастает с ростом напряжения. При приложении обратного напряжения к р-n переходу высота потенциального барьера возрастает. Ток диффузии быстро падает до нуля, и остается только отрицательный маленький ток дрейфа неосновных носителей (рис. 9.4).

Итак, электронно-дырочный переход обладает свойством односторонней проводимости. Это используется в диодах для выпрямления переменного тока.

На тяговых подстанциях применяют двухполупериодные схемы выпрямления переменного тока, обладающие меньшими пульсациями тока, например, мостовая схема из четырех диодов (рис. 9.5). В первую половину периода, когда на точке А моста положительный потенциал, ток течет от точки А по цепочке: диод 1––нагрузка––диод 4––точка В. Через полпериода ток течет от точки В через диод 2 на нагрузку и
диод 3 к точке А. В обоих случаях ток через нагрузку течет в одном направлении. При двухполупериодном выпрямлении мощность и эффективная сила тока такие же, как в цепи переменного тока.

После выпрямителя ток является пульсирующим. Его можно представить как наложение постоянной составляющей, равной среднему значению и пульсаций. Пульсации вредны как для двига-телей, приводя к бесполезным потерям энергии, так и для аппаратуры связи. Для сглаживания пульсаций тока применяют электрические фильтры (реакторы) из конденсаторов C и катушек индуктивности L. Катушка индуктивности для переменной составляющей тока имеет большое сопротивление, а для постоянной составляющей сопротивление практически равно нулю. Зато постоянная составляющая не проходит через конденсатор, а для переменной составляющей его сопротивление невелико. В результате в контактную сеть поступает почти постоянный ток с малой долей пульсаций.

9.2. Ток в контактной сети

Тяговая подстанция питает электрической энергией электровозы и электропоезда с помощью контактной сети. При протекании электрического тока по питающему проводу и рельсам из-за наличия сопротивления происходит выделение теплоты. По закону Джоуля –– Ленца потери мощности равны произведению квадрату силы тока на активное сопротивление контактной сети: . Как видно, для снижения мощности тепловых потерь, следует уменьшать сопротивление проводов контактной сети: . Здесь ρ –– удельное сопротивление материала провода, l –– длина, S –– площадь поперечного сечения провода. Но увеличение площади сечения приведёт к утяжелению проводов и всей системы подвески, увеличению расхода металла, удорожанию контактной сети.

Определим допустимую силу тока в питающем проводе в зависимости от площади сечения и допустимой температуры, заданной из условий безопасности. Если в проводе появляется электрический ток, то провод нагревается, его температура со временем возрастает. Но одновременно увеличивается количество теплоты, отдаваемой проводом в пространство. При малой толщине провода достаточно быстро наступает равновесие между тепловыделением и теплоотдачей и температура провода достигает постоянного максимального значения.

Уравнение баланса мощности будет иметь вид: выделяемая в проводе тепловая мощность должна быть равна рассеиваемой мощности: . Здесь ΔТ –– превышение температуры провода над окружающим воздухом, Sбок –– площадь поверхности провода, α –– коэффициент теплоотдачи. Оценим площадь боковой поверхности провода длины l, как будто бы круглого сечения: , а площадь сечения . Здесь r –– радиус сечения провода. Подставив в уравнение теплового баланса, получим для допустимой силы тока формулу

. (9.5)

Как и должно быть, допустимый ток тем больше, чем больше площадь сечения провода, коэффициент теплоотдачи, и чем меньше удельное сопротивление материала контактного провода.

Второй путь снижения потерь, кроме увеличения площади сечения провода, –– повышение напряжения контактной сети. Полная мощность, развиваемая тяговой подстанцией как источником тока, равна произведению напряжения на силу тока: . При одной и той же полной мощности, развиваемой подстанцией, повышение напряжения приведет к уменьшению силы тока, отдаваемого в контактную сеть. Подставив в формулу мощности тепловых потерь силу тока, получим

. (9.6)

Например, при повышении напряжения тяговой подстанции в два раза, сила тока уменьшится в два раза, а тепловые потери в четыре раза при постоянном сечении проводов. Или при тех же тепловых потерях сечение провода можно уменьшить в четыре раза. Поэтому в линиях электропередачи ЕЭС применяют напряжение в сотни киловольт, то есть в тысячи раз более высокое, чем используемое потребителем. Это позволяет в миллион раз снизить сечение проводов ЛЭП. По этой же причине существуют предложения повысить напряжение в контактной сети постоянного тока вместо 3 кВ до 6 кВ и даже до 12 кВ. Но при допустимом напряжении тяговых двигателей 1,5 кВ это возможно только при импульсном регулировании мощности тяговых электродвигателей.

По этой же причине применяется контактная сеть переменного тока с напряжением 25, 50 кВ. Тем более, что переменное напряжение можно просто и с высоким КПД изменить с помощью трансформатора. Понижающий трансформатор 25кВ / 3кВ и выпрямитель для тяговых двигателей постоянного тока располагаются непосредственно на электровозе. Регулировка мощности производится изменением числа включенных витков первичной катушки.

Если при повышении напряжения контактной сети следует выдержать постоянство механической мощности двигателей, то достаточное сопротивление контактной сети можно определить из решения уравнений баланса мощности: JU=P+ΔP и мощности тепловых потерь: ΔP=J2Rкс. Исключая силу тока, получим Получим уравнение закона Ома для силы тока в контактной сети. Рассмотрим электрическую цепь постоянного тока, состоящую из тяговой подстанции с напряжением U, контактной сети с сопротивлением Rкс и тягового электродвигателя (рис. 9.6).

П ри вращении якоря тягового двигателя на его обмотке возникает ЭДС электромагнитной индукции Е=BSNω, где В –– индукция магнитного поля, S –– площадь витков, N –– число витков, ω –– угловая скорость вращения якоря.

В двигательном режиме ЭДС индукции, по правилу Ленца, препятствует протеканию тока в обмотке якоря, поэтому ее называют "противо-ЭДС". Таким образом, в электрической цепи действуют два источника тока, включенные навстречу друг другу. Для этой цепи справедлив закон Ома: падение напряжения на сопротивлении цепи равно сумме ЭДС: . (9.7)

Здесь (r+Rкс) –– сумма активного сопротивления обмоток тягового двигателя и сопротивления контактной сети.

Если уравнение (9.7) умножить на силу тока, то получим уравнение закона сохранения мощности. Это обусловлено тем, что закон Ома является следствием общего закона природы –– закона сохранения энергии:

. (9.8)

Итак, мощность, развиваемая тяговой подстанцией UJ, расходуется на создание механической мощности EJ и выделение тепловой мощности в контактной сети и обмотке двигателя. Двигатель совершает механическую работу за счет энергии, получаемой от источника тока, совершения тяговой подстанцией работы против ЭДС электромагнитной индукции двигателей.

Определить силу тока в контактной сети непосредственно по уравнению закона Ома невозможно. Это обу-словлено тем, что ЭДС индукции (Е = BSNω) не постоянна, а зависит от индукции магнитного поля В, создаваемой током обмотки возбуждения. Значит, в двигателях последовательного возбуждения ЭДС будет зависеть от силы тока (рис. 9.7).

Возможно графическое решение уравнения закона Ома. Пусть для простоты двигатели электровоза при равномерном движении вращаются с постоянной угловой скоростью ω. Проведем на графике прямые линии напряжения UJ(r+Rкс). Абсциссы точек пересечения с линией ЭДС дадут расчетное значение силы тока. Так как сопротивление контактной сети зависит от расстояния между подстанцией и электровозом l 0, то с удалением от подстанции сила тока будет уменьшается (рис. 9.7). Сопротивление контактной сети должно быть таким, чтобы тепловые потери не превышали 5% от потребляемой мощности.

Только в случае, когда мощность двигателя Р известна, можно определить силу тока, решая квадратное уравнение баланса мощности (9.8) в виде JU=P+J2(r+Rкс). Это уравнение второго порядка относительно силы тока и его решение имеет два корня. Если корни действительны и положительны, то выбирают меньший. Если корни мнимые, то тяговая подстанция не в состоянии обеспечить заданную мощность тяговых двигателей локомотива.

Сопротивление контактной сети состоит из сопротивления контактного провода и сопротивления рельсов и грунта. Сопротивление провода можно рассчитать по формуле . Сопротивление рельсов и грунта зависит от многих факторов. Оценочно принимают Rрельс = 0,025 Ом/км.

Для уменьшения потерь напряжения на подводящих проводах параллельно контактному проводу подвешивают питающий провод большого сечения. С этой же целью концы контактной сети подключают к двум тяговым подстанциям (рис. 9.8).

О
пределим силу тока в зависимости от положения электровоза между подстанциями. Для решения задачи применим правила Кирхгофа:

(9.9)

Решая систему уравнений относительно тока J, текущего через двигатель, получим

. (9.10)

По мере удаления от первой подстанции сила тока будет уменьшаться (рис 9.9). Минимальная сила тока будет посередине между подстанциями (R1=R2=R0):

. (9.11)

Потом, при приближении ко второй подстанции, сила тока вновь возрастает. Минимальная сила тока при подключении двух подстанций больше, чем при одной. Значит, больше скорость движения на перегоне между станциями. Подключение контактной сети к двум подстанциям позволяет увеличить расстояние между подстанциями.



Технические характеристики локомотивов


Электропоезд ЭР9Е (9М)


Конструкционная скорость

130 км/ч

Масса

489 кг

Ускорение (при разгоне до 60 км/ч)

0,7м/с2

Замедление (при торможении от 130 км/ч)

0,8 м/с2

Длина поезда (10 вагонов)

201,5 м

Минимальный радиус закругления (при V = 5км/ч)

100м

Масса моторного вагона

60т

Масса головного вагона

39т

Масса прицепного вагона

37т


Электровоз ВЛ 80с

Конструкционная скорость

110км/ч

Масса

192 т

Наименьший радиус закругления (при V = 5 км/ч)

125 м

Торможение

Пневматическое, электрическое реостатное

Номинальное напряжение

25кВ

Частота питающего напряжения

50 Гц


Тепловоз ТГМ1

Масса

48т

Конструкционная скорость

50 км/ч

Электровоз ВЛ 80т

Напряжение контактной сети

25 кВ

Конструкционная скорость

110км/ч

Наименьший радиус закругления (при V = 10 км/ч)

125м

Масса

184 т

Тормоза

Пневматические, электрические


Тепловоз МГ 2

Масса

32т

Конструкционная скорость

80 км/ч

Минимальный радиус закругления

100м

Сила тяги

6250кг

Тормоза

Пневматические


Тепловоз ТЭМ 1

Масса

32т

Ширина колеи

1524мм

Конструкционная скорость

100 км/ч

Минимальный радиус закругления

80м

Сила тяги

20000кг

Мощность

1000л.с

Тормоза

Пневматические

Тепловоз ВМЭ 1

Конструкционная скорость

80 км/ч

Минимальный радиус закругления

50м

Сила тяги

9200кг

Тормоза

Пневматические


Тепловоз ЧМЭ 2

Конструкционная скорость

70 км/ч

Минимальный радиус закругления

70м

Сила тяги

10400кг

Тормоза

Пневматические







Просмотр содержимого документа
«основная работа»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ












Творческая работа для итоговой аттестации по учебной дисциплине ООДП-012 Физика

по профессии СПО

23.01.09 Машинист локомотива

тема работы:

«Физические процессы в силовой цепи электровоза ВЛ 80с»

Выполнили: обучающиеся группы № 14

Лиликович Михаил, Емцев Владислав.





Таганрог 2015.

Содержание:

Раздел 1 - Введение

1. 1. Введение 3

1. 2. Переменный ток на железной дороге 4-5

1. 3. Общие сведения об электровозе ВЛ80с 5

1. 4. Преимущества тяговых электродвигателей постоянного тока 6

Раздел 2 – Физические процессы, происходящие в оборудовании силовой цепи электровоза

2. 1. Физические процессы в токоприемнике типа Л-13У1 (Л-14М1) 6-7

2. 2. Физические процессы в главном выключателе типа ВОВ-25-4М 7-9

2. 3. Физические процессы в трансформаторе тока типа ТПОФ-25 9-11

2. 4. Физические процессы в тяговом трансформаторе типа ОДЦЭ-5000/25Б и его принцип действия 11-13

2. 5. Физические процессы в главном контроллере типа ЭКГ-8Ж 14-17

2. 6. Физические процессы в переходном реакторе типа ПРА-48 17-19

2. 7. Физические процессы в выпрямительной установке типа ВУК-4000Т-02 и преобразование пониженного переменного тока в постоянный пульсирующий ток

19-21

2. 8. Физические процессы в сглаживающем реакторе типа РС-53 и его принцип действия 22-23

2. 9. Физические процессы в тяговом электродвигателе пульсирующего тока типа НБ-418К6 и его принцип действия 23-25

3. Вывод 26

4. Источники 27

5. Приложение №1 – Схема силовой цепи электровоза ВЛ80с 28





Раздел 1 – Введение.

Введение

Большое распространение на железных дорогах России получили электровозы, работающие на переменном токе. Это связано с тем, что такой ток проще передать на большие расстояния, а с помощью специальных понижающих трансформаторов на локомотивах его можно легко понизить до нужного для работы всего оборудования напряжения. Так же передача такого тока обходится дешевле, нежели передача постоянного тока на такие же расстояния.

Сам же электровоз включает в себя большое количество различного оборудование, каждое из которого выполняет свою функцию и обеспечивает нормальную работу локомотива. Значительную часть оборудования составляет силовая электрическая цепь. Она состоит из множества электрических машин и устройств. Силовые цепи электрической схемы электровоза состоят из цепи напряжением 25 кВ, цепи тяговых двигателей в тяговом режиме и режиме электрического реостатного торможения и цепи вспомогательных машин.

В данной работе мы хотим рассказать о физических процессах в силовой цепи электровоза ВЛ80с и принципах действия некоторого оборудования, работа которого основывается на различных законах физики. Эти законы физики мы рассмотрим на конкретных примерах работы оборудования.

Данная работа может помочь лучше понять и разобрать, как и структуру силовой цепи электровоза ВЛ80с, так и законы физики, применяемые в этой цепи на конкретных примерах, что поможет лучше усвоить данный материал студентам, обучающимся по специальности машинист локомотива.









Переменный ток на железной дороге

Железные дороги России и стран бывшего Советского Союза, электрифицированные на переменном токе, используют напряжение ~25 кВ (то есть ~25 000 В) частотой 50 Гц. Это связано с тем, что такой ток проще передать на огромные расстояния, а так же такой так можно легко трансформировать до нужного значения с помощью тяговых трансформаторов на электровозах.

В некоторых источниках указывается напряжение 27,5 кВ, что создает путаницу. На самом деле тяговые подстанции выдают напряжение 27,5 кВ, но из-за падения напряжения вследствие высокого индуктивного сопротивления цепи «контактный провод — рельс» электровозы рассчитаны на работу на напряжении 25 кВ.

Для малонаселённых территорий разработана система электрификации 2×25 кВ (два по двадцать пять киловольт). Там, как правило, нет возможности часто располагать тяговые подстанции (к тому же бывает трудно найти квалифицированный персонал для их обслуживания, а также создать для людей должные жилищно-бытовые условия).

На опорах контактной сети (сбоку от железнодорожного полотна и контактного провода) натянут специальный питающий провод, в который подаётся напряжение 50 тыс. вольт от тяговой подстанции. На железнодорожных станциях (или на перегонах) установлены малообслуживаемые понижающие автотрансформаторы, один вывод обмотки подключён к питающему проводу, а другой — к контактному проводу. Общим (обратным) проводом является рельс. На контактный провод подаётся половинное напряжение от 50 кВ, то есть 25 кВ. Как правило, подаётся несколько выше 50 киловольт, обычно 55; с учётом потерь, чтобы на контактном проводе было 27,5 кВ.

Данная система позволяет реже строить тяговые подстанции, а также уменьшаются тепловые потери.

Система электрификации 2×25 кВ.



Общие сведения об электровозе ВЛ80

Электровоз ВЛ80 (Владимир Ленин; первоначальное обозначение — Н8О — новочеркасский, 8-осный, однофазный) — грузовой магистральный электровоз переменного тока с осевой формулой 2(20−20). Прозвища: «Аврора», «Выльник», «Кайсер», «ВОСЬМИДЕСЯТка», а также, в зависимости от индекса, «Кашка», «эСка», «эРка», «Тэшка».

Электровозы ВЛ80 всех индексов строились Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) по проектам разработанным ВЭлНИИ в период с 1961 по 1995 год. Электровозы всех индексов работают на тяговых электродвигателях постоянного тока.

Преимущества тяговых электродвигателей постоянного тока

Тяговые электродвигатели постоянного тока имеют возможность регулирования частоты вращения в широких приделах, что позволяет изменять скорость движение поезда. Кроме того такие двигатели имеют возможность регулировать в широком диапазоне силу тяги, т. е. вращающий момент, развиваемый двигателем. Так же в отличие от тяговых электродвигателей переменного тока, тяговые электродвигатели постоянного тока не нуждаются в большом заряде тока для пуска, что предотвращает перегрузку оборудования электровоза.

Раздел 2 - Физические процессы, происходящие в оборудовании силовой цепи электровоза.

Физические процессы в токоприемнике типа Л-13У1 (Л-14М1)

После создания скользящего контакта между токоприемником и контактным проводом, через полоз с угольными вставками (а Л-14М1 — с медными накладками) токоприемник получает от контактного провода переменный электрический ток напряжением 25кВ, необходимый для работы всего электрического оборудования электровоза.

Далее через гибкие шунты на деталях токоприемника переменный электрический ток проходя через дроссель ДП, высоковольтный разъединитель 2, главный выключатель и трансформатор тока ТТ поступает на первичную обмотку тягового трансформатора через вывод А.

Расположение на схеме.

Технические данные:

  • Номинальное напряжение переменного тока - 25 кВ

Номинальный ток:

  • при движении - 500 А

  • при стоянке - 50 А

Номинальное давление сжатого воздуха в цилиндре пневматического привода - 0,5 МПа (5 кгс/см2)

Наибольшая скорость движения электровоза - 160 км/ч

Масса - 290 кг

Токоприемник Л-14М1 допускает ток до 1000 А с соответствующим увеличением статического нажатия на 20 Н (2 кгс).

Схема токоприемника



Физические процессы в главном выключателе типа ВОВ-25-4М

Воздушный однополюсный выключатель ВОВ-25-4М предназначен для оперативного отключения первичной обмотки тягового трансформатора электровоза от цепи токоприемников, а также для автоматического отключения при коротких замыканиях и перегрузках электрооборудования.

При номинальном напряжении и номинальной силе тока переменный ток, полученный с помощью токоприемника свободно проходит до первичной обмотке трансформатора.

Расположение на схеме

Технические данные выключателя ВОВ-25-4М следующие:

  • Номинальное напряжение 25 кВ+25%

  • Номинальный ток 400 А

  • Предельный ток отключения 10 000 А

  • Сквозной ток короткого замыкания 25 000 А

  • Номинальное давление сжатого воздуха в баке 9 кгс/см2

Мощность отключения:

  • Точность тока вставки: до 350 А ±10% свыше 350 А ±5%

  • Собственное время автоматического отключения от промежуточного реле:

  • при двукратном токе срабатывания, не более 0,04 спри токе, равном 130% тока срабатывания, не 0,06 »

Число блок-контактов:

  • замыкающих 3

  • размыкающих 3

Масса выключателя 200 кг

Диапазон рабочих температур от +60 до —50° С

Схема главного выключателя

Причины срабатывания:

  • если с контактного провода снимается переменный ток выше номинального значения;

  • при поломке электрического оборудования;

  • при коротком замыкании в цепи.



Физические процессы в трансформаторе тока типа ТПОФ-25

Переменный ток напряжением 25 кВ, проходя до первичной обмотки трансформатора, проходит через трансформатор тока ТПОФ-25, который предназначен для автоматического отключения электрического питания электровоза от контактной сети при коротких замыканиях и перегрузках, а также служит высоковольтным вводом цепи электрического тока напряжением 25 кВ в кузов электровоз.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Номинальный первичный ток - 400 А

  • Номинальное напряжение - 25 кВ

Коэффициент трансформации при первичном токе:

  • от 200 до 300 А - 16±0,5

  • от 300 до 600 А - 16±0,4



  • Ток динамической устойчивости (амплитудное значение) - 25 кА



  • Ток термической стойкости за время 0,1 с -10 кА



  • Номинальный ток вторичной обмотки - 25 А



Масса - 50 кг



Схема трансформатора тока



Далее переменный ток напряжением 25 кВ поступает на первичную обмотку тягового трансформатора ОДЦЭ 5000/25Б.



Физические процессы в тяговом трансформаторе типа ОДЦЭ-5000/25Б и его принцип действия

После поступления переменного тока на первичную обмотку тягового трансформатора через вывод А основной задачей однофазного масляного трансформатора типа ОДЦЭ – 500/25Б становится преобразование напряжения 25 кВ, полученного от контактной цепи с помощью токоприемника, в напряжение цепей тяговых электродвигателей.

Принцип действия понижающего трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. После поступления на первичную обмотку трансформатора тока I1 напряжением 25 кВ, создается в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который практически без рассеивания циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток. Когда в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки RH, в ней возникает переменный ток I2. Теперь полный магнитный поток Φ в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток Φ2, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током I2, направлен навстречу потоку Φ1, создаваемому током I1 в первичной обмотке: Φ = Φ1 – Φ2. Отсюда следует, что токи I1 и I2 изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180°. Напряжение понижается.

После понижения напряжения переменный ток от вторичной обмотки трансформатора поступает на главный контроллер ЭКГ-8Ж.



Расположение на схеме

Технические данные:

  • Мощность сетевой обмотки - 4 485 кВ-А

  • Напряжение сетевой обмотки - 25 000 В

Ток тяговой обмотки:

  • номинальный - 1 750 А

  • часовой - 1 840 А

Напряжения холостого хода:

  • тяговой обмотки на вводах al-01 (а2-02) - 1 218 В

Обмотки собственных нужд на вводах:

  • а5-х - 232 В

  • а4-х - 406 В

  • аЗ-х - 638 В

  • Ток обмотки собственных нужд - 550 А

Мощность обмотки собственных нужд - 225 кВ-А

Общие электрические потери - 83 кВт

К.П.Д. - 98%

Расход воздуха на охлаждение - 5,5 м3/с

Масса - 8 000 кг

Схема Трансформатора ОТДЭ 5000/25Б





Физические процессы в главном контроллере типа ЭКГ-8Ж и принцип действия его контакторов

Напряжение переменного тока на вторичной обмотке регулируется переключением ступеней вторичной обмотки тягового трансформатора под нагрузкой с помощью главного контроллера путем замыкания и размыкания контакторов.

Расположение на схеме

Кулачковый вал:

Состоит из стального вала, на который напрессованы кулачковые шайбы, при повороте которых осуществляется включение и отключение силовых контакторов.

Схема кулачкового вала и кулачковых шайб

Силовые контакторы ЭКГ без дугогашения:

Включение силовых контакторов ЭКГ без дугогашения (30шт.) происходит за счет включающей пружины, когда к ролику подходит вырез кулачковой шайбы. Отключение – нажимает выступ кулачковой шайбы.

Контактор без дугогашения

Силовые контакторы ЭКГ с дугогашением:

Силовые контакторы ЭКГ с дугогашением (4шт.) работают так же как и силовые контакторы без дугогашения, но только при отключении этих контакторов возникает электрическая дуга, которая гасится с помощью дугогасительной камеры.

Схема контактора с дугогашением

Технические данные:

  • Номинальное напряжение изоляции - 3100 В

  • Номинальное напряжение между разомкнутыми контактами:

  • контакторов с дугогашением - 260 В

  • контакторов без дугогашения - 1100 В

  • Номинальное напряжение цепей управления - 50 В

  • Номинальный ток силовых контакторов - 1300 А

  • Номинальный ток контакторов цепей управления 30 А

Номинальная мощность:

  • приводного двигателя - 500 Вт

  • нагревателя смазки - 130 Вт

Число фиксированных позиций - 33

Собственное время переключения - 25 с

Номинальное давление воздуха для дугогашения 0,5 МПа (5 кгс/см')

Схема главного контроллера ЭКГ-8Ж



После установки необходимого напряжения на вторичной обмотке пониженный переменный ток проходит до переходного реактора ПРА-48.



Физические процессы в переходном реакторе типа ПРА-48

Во время переключения ступеней вторичной обмотки трансформатора с помощью главного контроллера, может произойти короткое замыкание, приводящее к сбою работы всего оборудования. Переменный ток, проходящий через переходный реактор защищен, от коротких замыканий и свободно проходит до выпрямительной установки.

Расположение на схеме

Технические данные:

  • Номинальный ток - 1270 А

  • Номинальное напряжение изоляции - 1500 В

  • Индуктивное сопротивление ветви - 0,12 Ом

  • Активное сопротивление ветви при +20 °С - 0,0017 Ом

Масса - 450 кг



Конструкция:

Переходной реактор ПРА-48 представляет собой комплект двух реакторов, каждый из которых работает самостоятельно в одном из плеч вторичной обмотки трансформатора. Каждый отдельный реактор состоит из четырех спиральных катушек 1, намотанных из двух параллельных алюминиевых шин сечением 8x60 мм с зазором между шинами 7 мм. Каждая катушка в восьми местах стянута бандажами из стеклоленты.

Схема переходного реактора ПРА-48



Далее пониженный переменный ток проходит до выпрямительных установок типа ВУК-4000Т-02.

Физические процессы в выпрямительной установке ВУК-4000Т-02 и преобразование пониженного переменного тока в постоянный пульсирующий ток

Одна выпрямительная установка представляет собой выпрямительный мост, обеспечивающий питание двух параллельно-соединенных двигателей. Конструктивно выпрямительная установка выполнена в виде двух шкафов прямоугольной формы и может работать только с принудительным воздушным охлаждением.

По обеим сторонам каждого шкафа размещены диоды, собранные в блоки, которые закреплены на электроизоляционных панелях.

В каждом блоке размещено по шесть диодов с охладителями.

Одна выпрямительная установка содержит 192 диода.



Расположение на схеме

Для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, пульсирующий) на электровозах переменного тока устанавливают выпрямители. В выпрямителях используют полупроводниковые приборы. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении. Пластины после внесения специальных примесей имеют слоистую структуру, в которой чередуются проводимости различных типов — электронная (n) и дырочная (р).

В неуправляемых выпрямителях используют неуправляемые вентили — диоды, которые начинают проводить ток, как только к ним прикладывают напряжение, действующее в проводящем направлении. Диоды имеют двухслойную р-n-p-структуру, для них характерна высокая проводимость в прямом направлении и низкая в обратном.

Схема диода и расположение диодов на одном плече выпрямительной установки

После прохождения через диоды выпрямительных установок переменный ток преобразуется в постоянный пульсирующий и проходит до сглаживающих реакторов типа РС-53.



Технические данные одной выпрямительной установки:

  • Номинальный выпрямленный ток (среднее значение) - 3200 А

  • Номинальное выпрямленное напряжение (среднее значение) - 1350 В

  • Номинальное напряжение относительно корпуса (эффективное значение) - 1500 В

  • Наибольший допустимый нарастающий ток перегрузки в течение 0,05 с - не более 18 кА

  • Время воздействия тока перегрузки 18 кА - не более 0,02 с

  • Длительное допустимое обратное напряжение на диоды плеча (амплитудное значение) - 2450 В

  • Наибольшее допустимое кратковременное обратное напряжение плеча (амплитудное значение) - 5500 В

  • Частота питающей сети - 50 Гц

К.П.Д. - не менее 99 %



Физические процессы в сглаживающем реакторе типа РС-53 и его принцип действия

После прохождения переменного тока через выпрямительные установки и преобразования его в постоянный пульсирующий ток, он проходит до сглаживающих реакторов типа РС-53, которые предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи тяговых двигателей.

Расположение на схеме

Принцип работы сглаживающего реактора основан на явлении самоиндукции. При нарастании пульсирующего тока в катушках сглаживающих реакторов наводится ЭДС самоиндукции, направленное по правилу Ленца встречно нарастающему току и не дает ему сразу увеличится до максимального значения. При убывании пульсирующего тока ЭДС самоиндукции направлена согласно с убывающим током и по правилу Ленца не дает току сразу уменьшится до нулевого значения. В результате в цепи ТЭД с последовательно включенными сглаживающими реакторами значительно уменьшается переменная составляющая пульсирующего тока, что способствует улучшению коммутации ТЭД.

После прохождения постоянного тока через сглаживающие реакторы, его пульсация уменьшается, и ток поступает на тяговые электродвигатели НБ-418К6.

Технические данные:

  • Часовой ток - А 1850

  • Число витков - 70

  • Номинальное напряжение - 1500 В

  • Индуктивность - мГн 5,8

Масса – 800 кг

Схема сглаживающего реактора РС-53



Физические процессы в тяговом электродвигателе пульсирующего тока типа НБ-418К6 и его принцип действия

В конечном итоге электрический ток, прошедший все вышеперечисленные устройства поступает на тяговые электродвигатели НБ-418К6, преобразующие постоянный пульсирующий ток в механическую энергию, передаваемую с валов двигателей на колесные пары электровоза.

Расположение на схеме

Принцип действия тягового электродвигателя НБ-418К6 рассмотрим на примере обычного электродвигателя.

При положении рамки, показанном на рисунке, ток проходит по стороне А и по стороне Б. Известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, направление которой определяется по правилу левой руки: если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия этой силы. Применив правило левой руки для рассматриваемого случая, определим, что на сторону рамки В действует сила F1 направленная вверх, а на сторону рамки А—сила F2 направленная вниз. Силы F1 и F2, действующие на рамку, называются парой сил. Под действием вращающего момента, создаваемого этой парой сил, рамка поворачивается против часовой стрелки.

Дойдя до вертикального положения, рамка по инерции повернется дальше. Теперь щетка Щ1 касается уже коллекторной пластины К2, а щетка Щ2 — коллекторной пластины К1. Благодаря этому направление тока в рамке изменяется и образуется пара сил, под действием которой рамка продолжает поворачиваться против часовой стрелки. Таким образом, рамка, получая электрическую энергию, будет непрерывно вращаться. Рамка может приводить в движение любой механизм, т. е. в данном случае работает в качестве электродвигателя. Таким-же образом работает электротродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6.



Схема работы электродвигателя



Технические данные тягового электродвигателя НБ-418К6:

  • Мощность - 790/740 кВт

  • Напряжение на коллекторе - 950/950 В

  • Ток якоря - 880/820 А

  • Частота вращения якоря – 890/915 об/мин

К.П.Д. – 94,5/94,8 %

Сопротивление при t=20 °C:

  • обмотки всех катушек главных полюсов (без шунта) - 0,0079 Ом

  • обмотки всех катушек добавочных полюсов и компенсационной обмотки - 0,0119 Ом

  • обмотки якоря – 0,011 Ом

Масса:

  • двигателя без зубчатой передачи - 4350 кг

  • остова в сборе - 2350 кг

  • якоря - 1350 кг

Схема тягового электродвигателя пульсирующего тока НБ-418К6

















Вывод

В данной работе мы рассмотрели преимущества применения переменного тока на железной дороге, а так же преимущества тяговых электродвигателей постоянного тока по сравнению с электродвигателями переменного тока. Далее мы рассмотрели, как работает основное оборудование силовой цепи электровоза, какие физические процессы происходят в нем. Мы проследили весь путь электрического тока от начала до конца и пронаблюдали, на каком отрезке какой характер имеет электрический ток. Мы рассмотрели явлении электромагнитной индукции и правило Ленца на примере тягового трансформатора ОДЦЭ 5000/25Б. Так же рассмотрели, где и как, происходит преобразование переменного тока в постоянный пульсирующий ток на примере выпрямительной установки ВУК-4000Т-02. Так же на примере работы сглаживающего реактора РС-53 мы рассмотрели явление самоиндукции и еще раз правило Ленца. И в итоге рассмотрели, как работает тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6.

Данная работа может использоваться как на уроках устройства, технического обслуживания и ремонта электровозов, так и на уроках физики в качестве наглядного пособия для студентов. Данная работа поможет проще понять, как работает электрическая часть электровоза или поможет разобрать различные законы физики на конкретных примерах различного оборудования.

Так же к данной работе прилагаются, три варианта самостоятельных работ для проверки качества знания по затронутым в работе темам включая вопросы и по технической части и по физике. Данные задания помогут закрепить знания обучающихся и подойдут для подготовки к сдачи ЕГЭ по физике.







Источники:

  1. http://poezdvl.com/vl80.html

  2. https://ru.wikipedia.org

  3. http://www.pomogala.ru

  4. http://studopedia.ru

  5. http://sesaga.ru

  6. http://bibliofond.ru

  7. http://www.rosenergoholding.ru

  8. Электровоз  ВЛ80с:   Руководство по эксплуатации / Н. М. Васько,   А. С. Девятков, А. Ф. Кучеров и др. - 2-е изд. Транспорт, 1990.





























Приложение №1

Схема силовой цепи электровоза ВЛ80с

Просмотр содержимого презентации
«VL_80»

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ростовской области «Таганрогский механический колледж»     Электрические машины электровоза ВЛ-80 Презентацию подготовили обучающиеся II курса группы №14 МЛ Лиликович М. И. Емцев В. В.  2015 г

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ростовской области

«Таганрогский механический колледж»

Электрические машины электровоза ВЛ-80

Презентацию подготовили обучающиеся II курса группы №14 МЛ

Лиликович М. И.

Емцев В. В.

2015 г

Токоприемник Л-13У1

Токоприемник Л-13У1

Трансформатор тока ТПОФ-25

Трансформатор тока ТПОФ-25

Главный контроллер (электровозный контроллер главный) ЭКг-8Ж

Главный контроллер (электровозный контроллер главный) ЭКг-8Ж

Переходной реактор ПРА-48

Переходной реактор ПРА-48

Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02

Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02

Сглаживающий реактор РС-53

Сглаживающий реактор РС-53

Индуктивный шунт ИШ-95

Индуктивный шунт ИШ-95

  Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6

  Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6

Просмотр содержимого презентации
«ВЛ 80»

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ростовской области «Таганрогский механический колледж»     Электрические машины электровоза ВЛ-80 Презентацию подготовили обучающиеся II курса группы №14 МЛ Лиликович М. И. Емцев В. В. Золототрубов Ю. Р.  2015 г

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ростовской области

«Таганрогский механический колледж»

Электрические машины электровоза ВЛ-80

Презентацию подготовили обучающиеся II курса группы №14 МЛ

Лиликович М. И.

Емцев В. В.

Золототрубов Ю. Р.

2015 г

Содержание

Содержание

  • Введение
  • Электрические машины
  • Трансформаторы
  • Выпрямительные установки
  • Электрические аппараты
  • Контрольно-измерительные приборы
  • Схемы электрических цепей
Введение

Введение

  Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6

  Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6

  Расщепитель фаз НБ-455А

  Расщепитель фаз НБ-455А

Электронасос 4ТТ-63/10

Электронасос 4ТТ-63/10

Электродвигатель П11М

Электродвигатель П11М

Электродвигатель ДВ-75УЗ

Электродвигатель ДВ-75УЗ

Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б

Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б

Сглаживающий реактор РС-53

Сглаживающий реактор РС-53

Переходной реактор ПРА-48

Переходной реактор ПРА-48

Трансформатор ТРПШ-2

Трансформатор ТРПШ-2

Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02

Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02

Токоприемник Л-13У1

Токоприемник Л-13У1

Выключатель ВОВ-25-4МУХЛ1

Выключатель ВОВ-25-4МУХЛ1

Трансформатор тока ТПОФ-25

Трансформатор тока ТПОФ-25

Главный контроллер (электровозный контроллер главный) ЭКХ-8Ж

Главный контроллер (электровозный контроллер главный) ЭКХ-8Ж

Контроллер машиниста КМЭ-84

Контроллер машиниста КМЭ-84

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

  Подготовка электрических цепей  (видео)

  Подготовка электрических цепей (видео)

Просмотр содержимого презентации
«презентация»

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области «Таганрогский механический колледж»    ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ80С Работу выполнили обучающиеся II курса группы №14 МЛ Лиликович М. И. Емцев В. В.  2019 г

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области «Таганрогский механический колледж»

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ80С

Работу выполнили обучающиеся II курса группы №14 МЛ

Лиликович М. И.

Емцев В. В.

2019 г

Введение

  • Большое распространение на железных дорогах России получили электровозы, работающие на переменном токе. Это связано с тем, что такой ток проще передать на большие расстояния, а с помощью специальных понижающих трансформаторов на локомотивах его можно легко понизить до нужного для работы всего оборудования напряжения. Так же передача такого тока обходится дешевле, нежели передача постоянного тока на такие же расстояния.
  • Сам же электровоз включает в себя большое количество различного оборудование, каждое из которого выполняет свою функцию и обеспечивает нормальную работу локомотива. Значительную часть оборудования составляет силовая электрическая цепь. Она состоит из множества электрических машин и устройств. Силовые цепи электрической схемы электровоза состоят из цепи напряжением 25 кВ, цепи тяговых двигателей в тяговом режиме и режиме электрического реостатного торможения и цепи вспомогательных машин.
  • В данной работе мы хотим рассказать о физических процессах в силовой цепи электровоза ВЛ80с и принципах действия некоторого оборудования, работа которого основывается на различных законах физики. Эти законы физики мы рассмотрим на конкретных примерах работы оборудования.
  • Данная работа может помочь лучше понять и разобрать, как и структуру силовой цепи электровоза ВЛ80с, так и законы физики, применяемые в этой цепи на конкретных примерах, что поможет лучше усвоить данный материал студентам, обучающимся по специальности машинист локомотива.

Токоприемник Л-13У1

Токоприемник Л-13У1

Главный выключатель

Главный выключатель

Трансформатор тока ТПОФ-25

Трансформатор тока ТПОФ-25

Тяговый трансформатор ОДЦЭ 2500/25б

Тяговый трансформатор ОДЦЭ 2500/25б

Главный контроллер ЭКГ-8Ж

Главный контроллер ЭКГ-8Ж

Силовые контакторы экг

Силовые контакторы экг

Переходной реактор ПРА-48

Переходной реактор ПРА-48

Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02

Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02

Сглаживающий реактор РС-53

Сглаживающий реактор РС-53

Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6

Тяговый электродвигатель пульсирующего тока НБ-418К6

Спасибо за внимание

Спасибо за внимание


Получите в подарок сайт учителя

Предмет: Физика

Категория: Презентации

Целевая аудитория: Прочее

Скачать
Физические процессы в силовой цепи электровоза вл80

Автор: ЛОЙТОРЕНКО АННА ГЕОРГИЕВНА

Дата: 18.06.2020

Номер свидетельства: 553588



ПОЛУЧИТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО МГНОВЕННО

Добавить свою работу

* Свидетельство о публикации выдается БЕСПЛАТНО, СРАЗУ же после добавления Вами Вашей работы на сайт

Удобный поиск материалов для учителей

Ваш личный кабинет
Проверка свидетельства