Тяговые электрические нагрузки

РАСХОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ДВИЖЕНИЕ ПОЕЗДОВ

сновной энергетической характеристикой поезда является удельный расход электроэнергии а, -. Характеристику получают делени;

т • км ем расхода электроэнергии на объем транспортной работы —. Удельные расходы электроэнергии на практике стремятся нормировать. Далее рассматривается индивидуальный расход энергии поездами, включающий в себя тягу и собственные нужды.

В настоящее время на практике применяют три метода определения энергетических характеристик поездов:

• — тяговые расчеты с получением кривых поездных токов 1(1) и /(/);
• — аналитический, основанный на оценке энерг ий, составляющих энергобаланс поезда;
• — эмпирические, оперирующие опытными данными.

Методы расчета по точности неравнозначны, они учитывают в основном детерминированные факторы. Результаты расчетов существенно зависят от полноты и достоверности исходных данных.

Определение расходов энергии на основе тяговых расчетов

В ходе тяговых расчетов определяют токовые характеристики I (t), 1(1) на тягу поезда. Характеристики движения поезда скорость-путь-время, V (l),

V (t), 1(1), получают из уравнений движения поезда [13], которые в удельной форме имеют следующий вид:

где f — действующая сила, —; t — время, с; V — скорость, км/ч; / - путь, м;

кН у = 0,09…0,20 — коэффициент для учета инерции вращающихся частей;

— коэффициенты, зависящие от размерностей величин.

Действующая сила /_л в различных фазах движения определяется сочетаниями сил сопротивления со₀, —, уклонов /, °/оо-, торможения b и тяти f.,.

кН.

—. Результирующая сила в фазах движения: тяга — / =/_т -со₀ — /; выбег — кН.

/_д = —со₀ -/; торможение — /_л = -оо₀ — b-i.

Уравнение (9.1) интефируюг, но методу конечных приращений. Приращения пу ти и времени вычисляю! но формулам.

Тятовые расчеты выполняю!, как правило, на ЭВМ. В моделях движения поезда исходными данными являются характеристики на ободе колеса: тяговая — f_T(V), тормозная — b (V), сопротивления движению — co₀(F), профиля пути — /(/), токовая /(F). Вычисления ведутся по формулам (9.2), в качестве выходных данных получают токовые зависимости I (t), 1(1), изображенные на рис. 9.1. На основе этих зависимостей вычисляются параметры поездных токов: средний и эффективный токи и производные величины.

Рис. 9.1. Графики поездного тока.

Средний и среднеквадратичный (эффективный) токи за полное время движения определяют по формулам.

Аналогичные величины можно вычислять только для времени тяги:

где T_1S — текущий период движения поезда в режиме тяги.

В описаниях поездных токов используется ряд производных величин:

Т. I

а = — - коэффициент прерывистости; К._}=—— коэффициен т эффектив;

Т._х /₀

ности; /_0г = а/₀ — средний ток в режиме тяги.

Коэффициенты, а и К.₃ связатты зависимостью.

где коэффициентом (1,03… 1,07) учитывается отклонение кривой от прямоугольной формы.

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение поездного тока и их относительные значения определяют по формулам.

Расход энергии поездом за время движения Г_д со скоростью К_ср по участку длиной L определяется по формуле.

где А_с — среднее напряжение в контактной сет и.

Если известен расход энергии поездом на участ ке, то средний ток.

Удельные показатели расходов энергии могут определяться в размерноВтч, Втч «Вгч _.

стях: а, -; а ,-; а, -. Если известны удельные показатели, то т•км п•км т? уч-к полный расход энергии будет определяться формулами.

В этом случае средний ток поезда вычисляется соответствующими подстановками в (9.7), например:

Удельный расход энергии на собственные нужды поезда определяется по параметрам вспомогательных потребителей на ЭПС (печи, двигательгенератор, компрессор и др.) из формулы.

где P_Bj, tj, trij — соответственно мощность, время рабо ты, коэффициент включения /-го потребителя.

Аналитический метод определения расходов энергии Сущность метода состоит в определении расходов энергии по факторам, определяющим условия функционирования поезда. В целом расход энергии, отнесенный к входным зажимам подстанции, представляется формулой.

где A_b), Aj, A_r, А_и, A_CII — энергия па преодоление сопротивления движению основного и от профиля пути, торможения, пуска и собственных нужд; г|_дв, Лпр' Птс' Пп ^- КПД двигателя, трансмиссии привода, тяговой сети и подстанции.

Средний поэлементный относительный расход электроэнергии на движение троллейбусных машин покатан на рис. 9.2.

Рассмотрим расходы энергии на функционирование поезда по составляющим режима. Расход энергии на преодоление основною сопротивления движению равен работе силы сопротивления на пройденном пу ти L

F-сли принять со₀ = const, то получим.

где коэффициент 2,725−10 =9,81/3600 служит для перевода джоулей в Ватт;

часы.

Рис. 9.2. Расход электроэнергии на движение троллейбусов.

Величину со₀ с достаточной точностью можно определять для скорости 1,1 F_cp. Удельный расход энергии на преодоление сопротивления движению =2,725 со₀.

Показатели основного удельного сопротивления движению поездов определяют эмпирическим путем и представляют в виде параболических зависимостей соответственно для режимов движения иод током и без тока. Формулы для определения со₀ для различных видов транспорта, по данным [93], для некоторых типов подвижного состава приведены ниже.

Электровозы, сопротивление, Н/кН, при движении:

Вагоны шестиосные грузовые на шариковых подшипниках:

где V- скорость, км/ч; т_ко — масса на ось (/"_во > 6т).

Основное удельное сопротивление движению поезда в режиме тяги и торможения массой т составляет.

аналогично при движении поезда в режиме холостого хода (выбега или механического торможения):

где т_л и т_с — масса локомотива и состава, т = т_л + т_с. Для трутовых поездов а>о определяют при скоростях движения 50…60 км/ч. Для электропоездов железных дорот сопротивления (Н/кН) определяют по формулам: движение иод током (тяга, рекуперативное торможение) движение без тока

Электропоезда метрополитена:

где mg — вес поезда; п — число вагонов в поезде.

Среднюю скорость для определения ю можно принять 60 км/ч.

Трамвай (соответствует параметрам КТМ-5М 3):

Троллейбус (примерный тип ЗИУ-682):

Сопротивление движению в кривых участках пути определяют:

для поездов железных дорог:

для трамвая где R — радиус кривой.

Сопротивление движению поезда можно считать случайной величиной, формирующейся из детерминированной и случайной составляющих. Детерминированная составляющая чаще служит для оценки внутреннего состояния подвижною состава, которая влияет на расход энергии, но его не определяет. Случайную составляющую можно оценить только по статистическим данным вследствие действия большого числа случайных факторов. Случайная составляющая в большей мере проявляется в диффузных системах, таких как трамвай, троллейбус; в меньшей мере в хорошо opi авизованных системах, таких как метрополитен или железная дорога.

Расход энергии на преодоление уклонов определяется аналогичным образом:

г де /_э — эквивалентный, но расходу энерг ии уклон, °/ .

Эквивалентный уклон — неизменный по значению уклон, при котором на движение поезда затрачивается такая же энергия, как на действительном профиле. Профиль пути имеет подъемы, спуски безвредные, вредные, горизонтальные участки. Вредные спуски те, на которых требуется подтормаживание подвижного состава, т. е. уклон больше основного сопротивления, | / | > |со₀1;

Для предотвращения чрезмерной скорости подвижной состав подтормаживают. Эквивалентный уклон можно определить из формул.

где — профили пути: подъем, спуски безвредные (/_б <�со_0ср), вредные.

(/_в >(о_0ср); /,/_б,/_в — длины участков с соответствующими профилями; /_ср — средняя величина уклона.

В случае рекуперативного подтормаживания на вредном уклоне эквивалентный уклон определяют по формуле.

где г|_лв* П_пр> Л_р ^- КПД двигателя, преобразователя и двигателя в генераторном режиме.

Расход энергии на торможение до остановки:

где /?7_мр =/??(1 + у) — приведенная масса подвижного состава; V_{ — скорость начала торможения, км/ч.

Нели принять движение равнозамедленным, то тормозной путь Л Л.

/, = К, /(2−3,6со₀ = со.,., / = /.,., тогда после преобразований (9.27) получим расход знер! ии.

Затраты энергии на преодоление сопротивления на пусковом участке с учетом коэффициента пуска, К_и, Дж:

При равномерно-ускоренном движении (с/" = const) формула (9.29) преобразуется к виду.

На основании приведенных оценок составляющих расходов энергии на движение поезда можно получить расчетную формулу для определения удельного расхода энергии на перегоне (участке):

где (О,©,©, — сопротивления движению основное, при пуске и торможении; К_н = 1 + у — коэффициент для учета инерции вращающихся частей; /_э,/_п,/_т — уклоны пути: эквивалентный, на участках пуска и торможения, °/_оп а_п, а_Т —

ускорения пуска и торможения, м/с; = ?_уч /д_|1ср — средняя длина перегона на участке, км; Р = 1,1…1,2 — коэффициент для учета дополнительных пусков и торможений; а_в — удельный раеход энергии на еобетвенные (вспомогатель;

ные нужды), Вт-ч/(т-км).

Значения некоторых величин для расчетов:

(c)₀ «со_м а со, — трамвай 8…10, троллейбус 18…20 Н/кН; К_в =1,1…1,15; Р= 1,2…1,5 — для трамвая и троллейбуса; г)_диг|_||р «0,72…0,83; г|_тс«0,93; rinc~⁰>95; a_B = P_CH/(mV).

Ориентировочные удельные раеходы электроэнергии по видам транспорта, Вт ч/(т км): железные дороги на постоянном токе при электровозной тяге поезда — грузовой 10…20; пассажирский 20…30; электропоезда 30…40; метрополитен 30…45; трамвай 80… 100; троллейбус 150… 180. Токи вспомотельных машин электровозов постоянного тока составляют 23…42 А (23 — ЧС-2; 42 -ВЛ 11).

Тяговые расчеты и аналитический метод учитывают только детерминированные факторы, формирующие энергопотребление. Случайные факторы при этом остаются в стороне. В связи с этим их применение оправданно для высокоорганизованных транспортных систем, таких как метрополитен и, в какой-то мере, ЭЖД.