МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Кировский филиал
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Московский государственный университет путей сообщения»
(Кировский филиал МИИТ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для реализации программы дисциплины
Конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава (вагоны) (Электронные преобразователи
вагонов)»
Задание на контрольную работу №1,2
для специальности:
23.02.06 Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог (вагоны)
заочное отделение
среднее профессиональное образование (базовый уровень)
(приложение к программе)
Киров
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа дисциплины «Электропривод и преобразователи подвижного состава» разработана в соответствии с обязательным минимумом содержания основной профессиональной образовательной программы по специальности 23.02.06 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог (вагоны)» и раскрывает основные требования к знаниям и умениям, которыми должны обладать студенты в результате изучения указанного курса.
Дисциплина «Электропривод и преобразователи подвижного состава» изучается на 3 курсе по заочной форме обучения. Программа дисциплины разделена на два задания, по учебному материалу которых выполняются две контрольные работы №1 и №2 и ряд практических работ.
Конкретное количество и тематика практических занятий может пересматриваться и утверждаться цикловой комиссией.
В конце методических рекомендаций помещены вопросы для самопроверки при подготовке к экзамену и список рекомендуемой литературы.
Цель контрольной работы – закрепить знания, полученные студентом при самостоятельном изучении дисциплины по рекомендуемой литературе.
Контрольная работа выполняется в соответствии с заданным вариантом в сроки, обусловленные учебным планом. Вариант контрольной работы определяется двумя последними цифрами шифра студента по таблице вариантов, которые помещены перед каждым заданием на контрольную работу.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клеточку черной или синей пастой. На контрольную работу наклеивается титульный лист с номером работы; наименованием предмета; фамилией, именем и отчеством студента и преподавателя; полным шифром студента и основой обучения. На первом листе контрольной работы записывается вариант студента и перечисляются соответствующие ему задания контрольной работы. Каждое задание выполняется с нового листа через клетку. В конце контрольной работы приводится список используемой литературы, а также дата выполнения и подпись студента.
После проверки работы преподавателем, студент должен выполнить работу над ошибками (если они имеются в работе). Работа над ошибками выполняется в той же тетради после рецензии преподавателя и сдается на повторную проверку.
ТАБЛИЦА ВАРИНТОВ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №1
Задание на контрольную работу №1 составлено в 50 вариантах. Каждый вариант состоит из 1-го вопроса и 3-х задач.
В соответствии с таблицей 1 необходимо по двум последним цифрам шифра выбрать номера контрольных вопросов, на которые необходимо дать ответы.
Таблица 1
| Две последние цифры шифра | Вариант | Номера задач и вопросов | Две последние цифры шифра | Вариант | Номера задач и вопросов |
| 01 или 51 | 1,15,29,37 | 26 или 76 | 10,15,21,40 | ||
| 02 или 52 | 2,14,28,36 | 27 или 77 | 9,14,22,39 | ||
| 03 или 53 | 3,13,27,35 | 28 или 78 | 8,13,23,38 | ||
| 04 или 54 | 4,12,26,34 | 29 или 79 | 7,12,24,37 | ||
| 05 или 55 | 5,11,25,33 | 30 или 80 | 6,11,25,36 | ||
| 06 или 56 | 6,12,24,32 | 31 или 81 | 5,20,26,35 | ||
| 07 или 57 | 7,13,23,31 | 32 или 82 | 4,19,27,34 | ||
| 08 или 58 | 8,14,22,40 | 33 или 83 | 3,18,28,33 | ||
| 09 или 59 | 9,15,21,39 | 34 или 84 | 2,17,29,32 | ||
| 10 или 60 | 10,16,22,38 | 35 или 85 | 1,16,30,31 | ||
| 11 или 61 | 1,17,23,37 | 36 или 86 | 2,15,29,32 | ||
| 12 или 62 | 2,18,24,36 | 37 или 87 | 3,14,28,33 | ||
| 13 или 63 | 3,19,25,35 | 38 или 88 | 4,13,27,34 | ||
| 14 или 64 | 4,20,26,34 | 39 или 89 | 5,12,26,35 | ||
| 15 или 65 | 5,19,27,33 | 40 или 90 | 6,11,25,36 | ||
| 16 или 66 | 6,18,28,32 | 41 или 91 | 7,12,24,37 | ||
| 17 или 67 | 7,17,29,31 | 42 или 92 | 8,13,23,38 | ||
| 18 или 68 | 8,16,30,32 | 43 или 93 | 9,14,22,39 | ||
| 19 или 69 | 9,15,29,33 | 44 или 94 | 10,15,21,40 | ||
| 20 или 70 | 10,14,28,34 | 45 или 95 | 9,16,22,39 | ||
| 21 или 71 | 1,13,27,35 | 46 или 96 | 8,17,23,38 | ||
| 22 или 72 | 2,12,26,36 | 47 или 97 | 7,18,24,37 | ||
| 23 или 73 | 3,11,25,37 | 48 или 98 | 6,19,25,36 | ||
| 24 или 74 | 4,12,24,38 | 49 или 99 | 5,20,26,35 | ||
| 25 или 75 | 5,13,23,39 | 50 или 100 | 4,19,27,34 |
ВОПРОСЫ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ №1
Вопросы 1-10
1. Дайте определение электрического привода. Начертите структурную схему электрического привода и дайте определение и название входящих в схему элементов.
2. Начертите схему включения и статических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения с указанием характерных точек. Вывод уравнений для статических характеристик.
3. Опишите энергетические режимы работы двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
4. Начертите схему двигателя постоянного тока последовательного возбуждения и его характеристики при регулировании скорости изменения магнитного потока. Объясните зависимость изменения характеристик от изменения магнитного потока.
5. Начертите схему включения и статические характеристики и режимы работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясните зависимость механических и рабочих характеристик при изменении напряжении сети.
6. Опишите особенности конструкции синхронного генератора пассажирского вагона ЭГВ.08.У1. Начертите принципиальную электрическую схему и изобразите эскиз общего вида этого генератора. Дайте техническую характеристику.
7. Используя основное уравнение движения электропривода описать режимы работы электропривода.
8. Начертите схему режима работы двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в режиме динамического торможения по схеме с независимым возбуждением. Начертите характеристики динамического торможения и объясните их вид и с использованием уравнений для статических характеристик.
9. Начертите схему двигателя постоянного тока смешанного возбуждения и его скоростные характеристики. Поясните, чем определяется вид характеристик.
10. Опишите электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя. Начертите график зависимости режимов работы асинхронной машины от скольжения.
Задачи 11-20
Генератор постоянного тока независимого возбуждения имеет основные величины, значения которых приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Тип обмотки | Волн. | Петлев. | Волн. | Петлев. | Волн. | Петлев. | Волн. | Петлев. | Волн. | Петлев. |
| Число полюсов 2р | ||||||||||
| Число активных проводников якоря, N |
Продолжение таблицы 2
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Магнитный поток на пару полюсов Ф, Вб | 0,011 | 0,0144 | 0,35 | 0,0132 | 0,020 | 0,0376 | 0,032 | 0,01 | 0,0092 | 0,038 |
| Частота вращения n, об/мин | ||||||||||
| Номинальный ток Iн, А | 137,5 | |||||||||
| Сопротивление цепи возбуждения Rв | 57,5 | 28,75 | 14,4 | 25,6 | ||||||
| Потери мощности в цепи возбуждения Рв, Вт |
Вычислить для номинального режима работы генератора:
1. ЭДС, ток и сопротивление обмотки якоря Еа, Iа, Rа.
2. Потери мощности в обмотке якоря Рэа.
3. Тормозной электромагнитный момент Мэм.
4. Номинальную полезную электрическую мощность генератора Р2.
Падение напряжения в переходных контактах щеток DUщ = 2В
Начертить принципиальную электрическую схему генератора параллельного возбуждения.
Задачи 21-30
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет основные величины, значения которых приведены в таблице 3.
Таблица 3
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Полезная мощность двигателя Р2 , кВт | 20,6 | 13,65 | 8,47 | 34,6 | 20,85 | 15,6 | 46,8 | 29,5 | 19,45 | |
| Коэффициент полезного действия h, % | ||||||||||
| Напряжение питающей сети Uс ,В | ||||||||||
| Сопротивление цепи возбужде-ния Rв, Ом |
Продолжение таблицы 3
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Сопротивление обмотки якоря Rя , Ом | 0,09 | 0,14 | 0,28 | 0,06 | 0,09 | 0,12 | 0,04 | 0,07 | 0,09 | 0,03 |
| Электромагнит-ный вращающий момент Мэм , Нм |
Вычислить для заданного режима работы генератора:
1. Мощность и ток, потребляемые двигателем из сети в часовом режиме Р1, Iс.
2. Ток противо-ЭДС и частоту вращения якоря Iа , Еа, n.
3. Полезный вращающий момент двигателя М2.
Принять переходное падение напряжения на пару щеток DUщ = 2В.
Начертить принципиальную электрическую схему двигателя, показав на ней пусковой и регулировочные реостаты.
Задачи 31-40
Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения имеет основные величины, значения которых приведены в таблице 4.
Таблица 4
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Ток, потребляемый двигателем Iн , А | ||||||||||
| Частота вращения n, об/мин | ||||||||||
| Полезный вращающий момент М2н ,Нм | 162,5 | |||||||||
| Электрические потери мощности в обмотках двигателя Робм, Вт | ||||||||||
| Суммарные потери мощности Рпот, кВт | 5,4 | 8,2 | 11,5 | 4,3 | 2,8 | 2,75 | 2,12 | 1,75 |
Вычислить для нормального режима работы двигателя:
1. Полезную номинальную и потребляемую мощность двигателя Р2н, Р1н.
2. Коэффициент полезного действия, h.
3. Напряжение питающей сети, Uн .
4. Суммарное сопротивление цепи двигателя и противо-ЭДС якоря, Sr, Еа .
Принять переходное падение напряжения на пару щеток DUщ = 2В.
Начертить принципиальную электрическую схему двигателя.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №1
Задачи 10-20
ЭДС машины постоянного тока Еа = ((р´N) / (60´а)) ´ Ф ´ n,
где Р – число пар полюсов,
N – число тяговых проводников,
А – число пар параллельных ветвей обмотки, в петлевой обмотке 2а=2р,
Ф – основной магнитный поток, Вб,
N – частота вращения якоря, об/мин.
Ток якоря генератора Iа = Iн + Iв ,
где Iн –номинальный ток генератора,
Iв – ток цепи возбуждения.
Рв = I2в ´ Rв, Вт
Iв = Ö Rв / rв , а из уравнения U = Еа – Iа ´Rа - DUщ , В
Rа = (Еа – U - DUщ) / Iа , Ом
где Rа – сопротивление обмотки якоря,
U = Iа ´Rа - напряжение генератора, В.
Потери мощности в обмотке якоря Рэ = I2а ´ Rа , Вт
Тормозной электромагнитный момент Мэм = ((р ´ N) / (2p ´ а)) ´ Ф ´ Iа , Нм
где р- число пар полюсов,
а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря, для петлевой обмотки 2а=2р,
Номинальная полезная мощность генератора Р2 = Iн ´ U, Вт
Задачи 21-30
Мощность потребляемая двигателе из сети зависит от полезной мощности и коэффициента полезного действия двигателя.
Р1 = (Р2 / h) ´ 100 ,кВт
h– в процентах
Ток, потребляемый из сети связан с потребляемой мощностью простой зависимостью Iс = (Р1 / Uс) ´ 103, А
Ток, потребляемый из сети в двигателе параллельно возбуждения разделяется на две параллельные цепи, отсюда
Iс = Iа + Iв , Iа = Iс - Iв , Iв = Uс / Rв)
Из уравнения напряжений цепи якоря двигателя Uс = Еа + Iа ´ Rа - DUщопределяем ЭДС обмотки якоря (в двигателях та ЭДС направлена против тока и ее часто называют противо-ЭДС)
Еа = Uс – Iа ´ Rа - DUщ , В
Частота вращения якоря h = Еа / (Се ´ Ф), об/мин
Для определения частоты вращения якоря воспользуемся формулами ЭДС и электромагнитного момента
Еа = ((р ´ N) / (60 ´ а)) ´ Ф ´ n
Мэм = ((р ´ N) / (2p ´ а)) ´ Ф ´ Iа
(((р ´ N ´ Ф) / Iа )= ((Мэм ´ 2p) / Iа ))
Подставим в уравнение ЭДС
Еа = ((Мэм ´ 2) / (60 ´ а)) ´ n
nя = ((Еа ´ Iа ´ 60) / (Мэм ´ 2p)), об/мин
Полезный вращающий момент двигателя
М2 = Р2 / v
v = ((2p ´ n) / 60)
М2 = ((Р2 ´ 30) / (p ´ nя )) ´ 103, Нм
Задачи 31-40
Полезная номинальная мощность двигателя
Р2н = М2н ´ w = ((М2н ´ p ´ n) / 30)) ´ 10-3 ,кВт
Мощность, потребляемая двигателем из сети
Р1н = Р2н + Рпот ,кВт
Коэффициент полезного действия
h = (Р2 / Р1н) ´100 , %
Напряжение питающей сети из формулы потребляемой мощности
Р1н = Iн ´ Uн , Uн = (Р1н / Iн) ´ 103, В
Из формулы электрических потерь мощности легко определить суммарное сопротивление обмоток двигателя
Робм = I2н ´ Sr , Sr = Робм / I2н , Ом
ЭДС якоря (противо-ЭДС)
Еа = Uн - Iн ´ Sr - DUщ , В
ТАБЛИЦА ВАРИНТОВ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №2
Задание на контрольную работу №2 составлено в 50 вариантах. Каждый вариант состоит из 1-го вопроса и 3-х задач.
В соответствии с таблицей 5 необходимо по двум последним цифрам шифра выбрать номера контрольных вопросов, на которые необходимо дать ответы.
Таблица 5
| Две последние цифры шифра | Вариант | Номера задач и вопросов | Две последние цифры шифра | Вариант | Номера задач и вопросов |
| 01 или 51 | 1,15,29,37 | 26 или 76 | 10,15,21,40 | ||
| 02 или 52 | 2,14,28,36 | 27 или 77 | 9,14,22,39 | ||
| 03 или 53 | 3,13,27,35 | 28 или 78 | 8,13,23,38 | ||
| 04 или 54 | 4,12,26,34 | 29 или 79 | 7,12,24,37 | ||
| 05 или 55 | 5,11,25,33 | 30 или 80 | 6,11,25,36 | ||
| 06 или 56 | 6,12,24,32 | 31 или 81 | 5,20,26,35 | ||
| 07 или 57 | 7,13,23,31 | 32 или 82 | 4,19,27,34 | ||
| 08 или 58 | 8,14,22,40 | 33 или 83 | 3,18,28,33 | ||
| 09 или 59 | 9,15,21,39 | 34 или 84 | 2,17,29,32 | ||
| 10 или 60 | 10,16,22,38 | 35 или 85 | 1,16,30,31 | ||
| 11 или 61 | 1,17,23,37 | 36 или 86 | 2,15,29,32 | ||
| 12 или 62 | 2,18,24,36 | 37 или 87 | 3,14,28,33 | ||
| 13 или 63 | 3,19,25,35 | 38 или 88 | 4,13,27,34 | ||
| 14 или 64 | 4,20,26,34 | 39 или 89 | 5,12,26,35 | ||
| 15 или 65 | 5,19,27,33 | 40 или 90 | 6,11,25,36 | ||
| 16 или 66 | 6,18,28,32 | 41 или 91 | 7,12,24,37 | ||
| 17 или 67 | 7,17,29,31 | 42 или 92 | 8,13,23,38 | ||
| 18 или 68 | 8,16,30,32 | 43 или 93 | 9,14,22,39 | ||
| 19 или 69 | 9,15,29,33 | 44 или 94 | 10,15,21,40 | ||
| 20 или 70 | 10,14,28,34 | 45 или 95 | 9,16,22,39 | ||
| 21 или 71 | 1,13,27,35 | 46 или 96 | 8,17,23,38 | ||
| 22 или 72 | 2,12,26,36 | 47 или 97 | 7,18,24,37 | ||
| 23 или 73 | 3,11,25,37 | 48 или 98 | 6,19,25,36 | ||
| 24 или 74 | 4,12,24,38 | 49 или 99 | 5,20,26,35 | ||
| 25 или 75 | 5,13,23,39 | 50 или 100 | 4,19,27,34 |
ВОПРОСЫ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ №2
Задачи 1-10
Синхронные генераторы пассажирских вагонов имеют величины, значения которых приведены в таблице 6.
Таблица 6
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Мощность, потребляемая генератором Р1н, кВт | 11,7 | 11,2 | 10,5 | 9,8 | 9,2 | 9,6 | 8,3 | 7,5 | 6,8 | 5,4 |
| КПД генератора, h, % | 87,5 | 87,0 | 88,0 | 89,5 | 86,5 | 86,3 | 86,6 | 86,9 | 97,3 | 83,1 |
| Частота вращения, h, об/мин | ||||||||||
| Число полюсов, 2р |
Вычислить для данного режима работы генератора:
1. Полезную номинальную мощность генератора Р2н, кВт.
2. Суммарные потери мощности Рпот , кВт.
3. Частоту тока, f, Гц.
4. Тормозной момент генератора, М, Нм
Начертить принципиальную электрическую схему генератора.
Задачи 11-20
Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором установлены на вагонах и имеют величины, значения которых приведены в таблице 7.
Таблица 7
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Частота вращения магнитного поля, h1, об/мин | ||||||||||
| Частота питающей сети, f1, Гц. | ||||||||||
| Частота вращения ротора, h2, об/мин |
Продолжение таблицы 7
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Номинальная (полезная) мощность на валу, Рн, кВт | 13,0 | 13,5 | 14,0 | 14,5 | 15,0 | 13,3 | 14,2 | 14,8 | 13,8 | 13,2 |
| Коэффициент мощности, cosÆ | 0,81 | 0,82 | 0,83 | 0,84 | 0,80 | 0,79 | 0,85 | 0,86 | 0,87 | 0,89 |
| КПД двигателя, hн | 0,85 | 0,86 | 0,87 | 0,88 | 0,84 | 0,83 | 0,87 | 0,84 | 0,85 | 0,86 |
Вычислить для данного режима работы двигателя:
1. Активную, реактивную и полную мощность, потребляемую двигателем Р, Q, S.
2. Число полюсов, 2р.
3. Скольжение в роторе, s , %
4. Частоту ЭДС во вращающемся роторе, f2 .
Задачи 21-30
На ЭПС переменного тока отечественного производства в качестве приводных двигателей вспомогательных машин установлены трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Значения двиагтелей приведены в таблице 8.
Таблица 8
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Тип двигателя | АП82-4 | АП81-4 | АС81-6 | АС82-4 | АЭ92-4 | А42-4 | АО63-2 | АО51-2А | АП82-4 | АП81-4 |
| Номинальное напряжение, Uн , В | ||||||||||
| Номинальный ток, Iн , А | 79,2 | 51,5 | 106,2 | 6,1 | 9,2 | 79,2 | ||||
| Частота питающей сети, fн , Гц | ||||||||||
| Частота вращения магнитного поля | ||||||||||
| n1 , об/мин Коэффициент мощности, cosÆ | 0,86 | 0,85 | 0,88 | 0,915 | 0,79 | 0,8 | 0,9 | 0,86 | 0,86 | 0,85 |
| КПД двигателя, nн | 0,905 | 0,905 | 0,84 | 0,86 | 0,855 | 0,55 | 0,88 | 0,83 | 0,905 | 0,905 |
| Скольжение, S, % | 2,6 | 2,0 | 7,5 | 8,0 | 6,33 | 5,33 | 2,33 | 3,33 | 2,6 | 2,0 |
Продолжение таблицы 8
| Исходные данные | Номера задач | |||||||||
| Кратность максимального момента, Мmax/Мп | 2,2 | 1,93 | 2,48 | 3,28 | 2,5 | 2,9 | 2,4 | 2,2 | 1,93 | |
| Краткость пускового момента, Мn/Мн | 1,8 | 1,9 | 2,58 | 3,46 | 2,0 | 1,5 | 1,6 | 1,8 | 1,9 | |
| Кратность пускового тока, Iп/Iн | 6,5 | 5,8 | 4,9 | 4,9 | 6,1 | 1,5 | 5,5 | 6,5 | 6,5 | 6,5 |
Вычислить:
1. Активную мощность, потребляемую двигателем, Р1 .
2. Нормальную мощность, Р2 .
3. Число полюсов, 2р.
4. Частоту вращения ротора, n2.
5. Номинальный момент двигателя, Мн, Нм.
6. Частоту ЭДС во вращающемся роторе, f2 .
7. Пусковой ток, Iп.
8. Пусковой максимальный моменты двигателя, Мп и Мmax .
Начертить принципиальную электрическую схему двигателя.
Вопросы 31-40
31. Начертить структурную схему выпрямителя. Опишите назначение входящих в него элементов, классификацию выпрямителей. Приведите характеристику силовых диодов и тиристоров, применяемых в преобразовательных установках на пассажирских вагонах.
32. Опишите назначение, принцип действия и устройство электромашинного преобразователя люминесцентного освещения пассажирских вагонов. Начертите электрическую сему преобразователя. Приведите техническую характеристику преобразователя.
33. Опишите принцип действия и устройство преобразователя для питания электробритв пассажирских вагонов. Изобразите эскиз общего вида и электрическую схему преобразователя. Приведите техническую характеристику преобразователя.
34. Опишите выпрямительные агрегаты пассажирских вагонов. Начертите схему выпрямителя и поясните порядок ее работы. Приведите технические данные вентилей (диодов и тиристоров), применяемых в выпрямителях.
35. Начертите схему однофазного управляемого выпрямителя и опишите порядок ее работы. Начертите кривые изменения тока и напряжения.
36. Начертите трехфазную мостовую схему выпрямителя и опишите порядок ее работы. Начертите кривые изменения тока и напряжения.
37. Начертите схему тиристорного прерывателя для частотно-импульсного регулирования напряжения двигателя постоянного тока и опишите порядок ее работы.
38. Начертите упрощенную схему автономного трехфазного инвертора, кривые изменения его выходного напряжения при различных способах регулирования. Опишите порядок работы схемы.
39. Опишите инвертирование постоянного тока. Покажите схему кривую напряжения, поясняющие принципы работы преобразователя в инверторном режиме.
40. Начертите однофазную мостовую схему выпрямителя и опишите порядок работы выпрямителя. Начертите кривые изменения тока напряжения.