Динамо-машины  Электрические машины, экономичность 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

По экономическим соображениям чем больше цена отка, тем дальше от предельного значения надо брать расчетное зна ние При высокой цене отказа его следует принимать суще;, венно меньше и математического ожидания ф.

Необходимые расчетные соотношения могут быть получец при использовании метода laquo;оптимума номинала raquo;, рассмотренного в [17], [67]. Результаты выполненных по этому методу расчето, нашли отражение на рис. 3.1, где по оси ординат отложены зщ чения г];, принимая которые можно обеспечить максимальну( экономическую эффективность. Расчеты выполнены при следу, ющих параметрах распределения математическое ожидани; Мг);, = 0,39; lt;, = 0,06; гз,ш1п = 0,21; г;, = 0,51. Как видно и, графика, рабочее значение г]; невелико.

При определении коэффициента нагрузки при движении малой скоростью на участке с углом подъема а имеем

и, например, при а = 0,01 и f = 0,002 получаем k i 20. Важщ отметить физическое ограничение угла а, при котором возможм движение вообще, накладываемое данным значением ij,. Dpi к= I имеем

sin а = 1];, - /, (3.?

т. е. в нашем случае sin а 0,248.

Никакой локомотив при принятом реальном = 0,25 не смо жет двигать самого себя на подъеме в 14-15 deg; при любой сцеп ной массе и любой мощности своих двигателей. Этот физически предел может показаться далеким для специалистов в облает магистрального железнодорожного транспорта, где в настояще время эксплуатируются на порядок менее крутые подъемы, ш для промышленного, особенно карьерного транспорта это насу щная задача ближайшего будущего. Добыча полезных ископае мых из глубоких карьеров открытым способом получает все боль шее распространение и возможность использовать уклон выво* ной траншеи, например, в 15 deg; и еще круче (вместо существу raquo; щих сейчас предельных 2-3) имеет кардинальное значение Существенное ограничение допустимых подъемов при строитель стве новых железных дорог весьма повышает их стоимость, осо бенно при прохождении сложного рельефа.

0ри определении коэффициента нагрузки, допустимого для беспечения заданного ускорения а на горизонтальном участке при небольшой скорости, имеем из (3.6) при = О и а = 0:

2 = i\/(f + a/g). (3.8)

Для получения минимального пути разгона следует добивать-j-я наибольшего ускорения а, допустимого из соображений прочности, безопасности или комфорта для пассажирского поезда. цо легко показать, что, как и при предельном подъеме, существует физическое ограничение и для ускорения. Никакой локомотив с любой сцепной массой и любой мощностью двигателей не может превысить ускорения

а lt;(.- Г) g, что непосредственно следует из (3.8) при К = 1.

Приведем для сравнения из [56] значения максимальных ускорений для автомобилей: 2,0-2,5 м/с-- для легковых машин; 1,7-2,0 м/с-- для грузовых и 1,8-2,4 м/с-- для автобусов (в 8 раз больше, чем принято в нашем последнем примере для поезда), но все же a/g 0,25, так как л здесь лимитирует значение фк. Возможность создания больших ускорений у линейного электропривода (особенно у второго типа - обращенного линейного электропривода), в том числе а gt; g, и, следовательно, возможность обеспечения как малых времен и участков разгона, так и движения на любых подъемах, вплоть до вертикали, является серьезным принципиальным преимуществом линейного безредукторного электропривода.

Для общего случая движения со скоростью v, углом наклона й И ускорением а коэффициент нагрузки определяется по формуле f

(3.9)

О iO 10 30 40 50 ВО 70 80 90 цена отказа,отн.гд.

Рис. 3.1. График для опредеЖ оптимального значения расче коэффициента сцепления

/ + Д -Ь а Ч- a/g (100 + 3,6v) (/ + и + a/g)

Используя нормативную формулу из [62]

/, = 3,6-10v (1,2 + 0,108v),

получаем кубическое уравнение относительно скорости:

V* + 39у2 + 257 [1,2 + 10 (а +alg)] v -f + 72.104a + a/g) -22-105l C = 0.

Дейста решения этого уравнения (значения единственных и к -ьных корней) для различных значений параметров а А при ,( о даны в табл. 3.1.

видно из табл. 3.1, при /С = 1, а = О, а = О предельная

(3.10)

(3.11)

lt;орост при л = 1, а = и, а = о предельная

о прир довольно велика. Возможно, здесь сказалось допущение млемости выражения (3.3) для высоких скоростей: при

Таблица 3.1. Значения предельных скоростей

сколько-нибудь заметной нагрузке (К = 5) и а = О, а = V 230 км/ч.

Таким образом, создание высокоскоростного транспор. (v = 450-500 км/ч) невозможно при обычном редукторно raquo; электроприводе на базе использования сцепления колесо-рельс При увеличении полезной нагрузки физически реализуема? предельная скорость резко падает. Так, если при - 5, v = 23( км/ч, то при 10 предельное значение установившейся скс

рости на горизонтальном пути составит лишь 170 км/ч.

В начале 70-х годов на рельсовом пути была достигнута скс рость 376,5 км/ч в Пуэбло (США) при использовании ЛА мощностью 1840 кВт, массой 2470 км, при зазоре (S я; 0,04 laquo; т 0,48 м, длине индуктора Ц,, = 3,835 м, пусковом усилт = 40 кН, = 17 кН.

Высокоскоростной наземный транспорт может опираться к рельсы, но двигаться по ним он может только с линейным тяго вым безредукторным приводом.

Промежуточное положение между высокоскоростным и низ! коскоростным линейными электроприводами занимает комбишг рованная тяга: на локомотиве устанавливается дополнительно t обычным двигателям, создающим тягу благодаря сцеплению ко лес с рельсами, линейный безредукторный электропривод, вклк! чаемый в качестве усилителя тяги на подъемах. При использс вании комбинированной тяги удается повысить эффективное действия и обычных двигателей. Благодаря созданию линейны raquo; двигателем кроме тягового усилия еще и заметного усилия при тяжения формулу (3.1) следует несколько изменить, записав предельного по коэффициенту сцепления я);, режима

= (gm + FJ (3.1!

где F - дополнительное усилие притяжения локомотива (i лесной пары и т. п.) к рельсам, вызванное действием линейно электродвигателя. Таким образом, результирующая сила тя комбинированного электропривода с линейным усилителем тя т= ..л + (m + F ) Ц) (З.Ч

где первое слагаемое - сила тяги, развиваемая непоср ственно линейным двигателем, а второе слагаемое - сила тя создаваемая обычными двигателями (при условии, что она off; ничена у этих двигателей при реализуемой на подъеме скор *-

олько предельным коэффициентом сцепления г)). Материалы комбинированному электроприводу для усилителя тяги рас-трены в [71]; сдерживает его реальное применение отсутствие преобразователя, удовлетворительного по надежности, массога-баритным показателям, стоимости, малым воздействиям на ли-связи. Созданные в последние годы мощные транзисторы ,озволят, по-видимому, преодолеть и это препятствие.

Анализ реальных достаточно напряженных направлений магистральных железных дорог страны позволяет выявить еще ддну характерную особенность применения линейного электропривода в качестве усилителя тяги на подъемах - это особые условия работы такого привода. Подъемы, на которых целесообразна gpo установка, относительно коротки: время работы двигателя I относительно приведенной тепловой постоянной времени Г мало, а интервал между ними 4,, - достаточно велик. При длительной работе машины основной заботой конструктора является создание хороших условий ее охлаждения, т. е. достижение существенного значения произведения a S, где а, - коэффициент отдачи тепла с поверхности S при скорости обдува v, ибо установившаяся температура перегрева поверхности в = AP/a S, где АР - мощность потерь.

Рассмотрим зависимость нагревания тела от aS за малое время t для случая, когда текущее значение температуры перегрева

0, = в (1 - е- ) (1 е- ), (3.14)

amp;Р

a,S (тс).

laquo;,5

(3.15)

где ( raquo;гс)з,. = X J/C, I

тела с массами т, жим е~ в ряд:

- эквивалентная теплоемкость компонентов и удельными теплоемкостями с. Разло-

Т 2!

Уже при ;/Г:0,05ч-0,08 погрешность меньше 0,5%, если ограничиться первыми двумя членами. Впрочем, для разности 1 - е погрешность при этом может достигать 3-4%. Тогда

точнее.

aJS Т (тс).

(тс) ,

(3.16)

ибо лю(1г,

lt;= raquo;Ижени о отличное от нуля, дает некоторое Полном ~ уравнение (3.16) есть уравнение нагрева тела при отсутствии теплоотдачи; расчет проведен по касательной

к начальной части кривой нагрева по (3.14). Проиллюстрируй, это положение численным примером с данными того же поряд, что в расчетах реальных модулей линейных двигателей усилите! тяги: Pi = 300 кВт; () = 0,75; \Р = 100 кВт = 10-10 Вт; s = 2,5 м-; масса меди т = 200 кг; масса стали w = 400 к,., Imc = 200-390 + 400-480 = 27-10 Дж/с (с учетом изоляций бе рем (wc) = 30-10 Дж/ deg;С); (тс) , = 0,333. Ведем расче для трех режимов: ti - 150 с; /г = 300 с; lt;з = 450 с. По (3.16) имеем

0 2,5-60-0,333 = 49,95 deg; С; 0,2= 5-60-0,333= 99,9 deg;C; в,з=7,5 60 0,333= 149,8 deg;С.

Проверим по более точной формуле (3.14) для двух значении а, = 20(Вт/м- gt;- deg;С и а, = 100(Вт/м) deg;С:

1) а, = 20(Вт/м2)

=Г. т - - tq-t

~ 20-1,5

0 == = 3333 deg; С (но машина после 7,5 мин отклю

чается!

0 = 3333(1 - е- raquo; ) = 3333(1 - 0,985) = 49,9 deg; С; е = 3333(1 - е-300/10) 3333(1 о,970) = 99,9 deg; С; е = 3333(1 - е- raquo;/ raquo;) = 3333(1 - 0,956) = 146,6 deg; С;

10-10

2) а =100 (Вт/м-) deg;С; .Т = 2-10 с; 0 =

100-1,5

= 666= С;

0, = 666(1 - е-/ raquo;) = 666(1 - 0,928) = 47,9 deg; С; е,] = 666(1 - е-з raquo; /- ) = 666(1 -0,861) = 92,6 deg; С; в = 666(1 - е- - ) = 666(1 - 0,798) = 134,5 deg; С.

В упомянутых выше направлениях время движения, превь шающее 7,5 мин (450 с), имеет место реже чем в 5% подъемо! в подавляющем большинстве случаев требуется время менее 5 ш

Линейный двигатель может быть выполнен в виде герметич raquo; закрытой, малообдуваемой конструкции - затраты на достижеН№ больших а 5 представляются в свете изложенного HepauHf нальными.

Приведем еще некоторые данные по сравнению динамически свойств привода движущейся тележки с вращающимся электр приводом и с линейным электроприводом [4]. Здесь существенна является влияние моментов инерции вращающихся элементов динамические свойства. транспортируемых тяговых приводов вращающимися двигателями. В суммарную массу поступательН перемещающегося транспортного средства входит масса прив* во всех видах систем с транспортируемыми двигателями как вращающимися, так и с линейными приводными двигателя**

нако в первом случае, когда в режиме разгона нужно еще аскрутить роторы двигателей и шестерни редукторов, к факти-цеской суммарной массе т нужно добавить эквивалентную массу

к - число вращающихся элементов; /, - полярный момент инерции, приведенный к колесу с радиусом катания R.

Если обозначить через безразмерный коэффициент у = s= отношение дополнительной эквивалентной массы к мас-

се транспортного средства (включающей также фактическую массу вращающихся элементов привода), то реальное ускорение для привода с вращающимися двигателями

(3.17)

a. =

= a

Для приближенного определения значения у при тяговых расчетах в [4] рекомендуется формула вида

у = 0,6-,

(3.18)

где ш - масса вращающихся элементов; m - масса данного типа подвижного состава.

Для оценки варианта линейного электропривода, использующего опору вращающегося колеса на рельсы, воспользуемся опытными данными по определению значения у, приведенными в [4] для груженых вагонов и электровозов (табл. 3.2).

Таблица .3.2. Опытные значения коэффициента инерции вращающихся масс для различных типов подвижного состава [4]

Можно приближенно принять, что для создания равной силы яги на автосцепке электровоза потребуется примерно одинаковая асса электропривода с линейными двигателями и электропривода вращающимися двигателями. Ниже будет сказано, что при учете ссы редуктора это вполне выполнимо, коп динамический параметр привода - реализуемое ус-Щего * будет для линейного привода электровоза, не использую-при на рельсы (с магнитной или воздушной подушкой),

ерно на 18%, а для линейного привода электровоза, исполь-