Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка устройства мониторинга состояния силовых цепей электровоза переменного тока ВЛ 80с

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………….. 3

1 Анализ существующих
схем защиты от замыкания на землю…………………. 5

1.1 Электровоз переменного тока ВЛ80с……………………………………………….. 5

1.2 Существующие схемы
защиты от замыкания на землю……………………… 7

1.3 Существующие
системы защиты…………………………………………………….. 11

1.3.1 Система MONGEMO………………………………………………………………….. 11

1.3.2 Система CDM-30……………………………………………………………………… 13

1.4 Обоснование
направления исследования………………………………………… 15

2 Разработка
структурной схемы устройства защиты……………………………… 17

2.1 Составные части
устройства………………………………………………………….. 17

2.1.1 Измерение
сопротивления………………………………………………………… 17

2.1.2 Измерение тока………………………………………………………………………… 18

2.1.3 Измерение
напряжения…………………………………………………………….. 20

2.2 Описание
структурной схемы………………………………………………………… 21

2.3 Разработка
алгоритма работы устройства………………………………………. 23

3 Разработка принципиальной
схемы устройства…………………………………… 25

3.1 Блок управления,
АЦП и коммутатор…………………………………………….. 25

3.2 Датчик напряжения……………………………………………………………………….. 28

3.3 Датчик тока………………………………………………………………………………….. 30

3.4 Блоки индикации и
сигнализации…………………………………………………… 33

4 Разработка
программного приложения для устройства……………………….. 34

4.1 Создание программы……………………………………………………………………. 34

4.2 Тестирование
программы……………………………………………………………… 40

5 Безопасность жизнедеятельности………………………………………………………… 44

5.1 Требования техники
безопасности при изготовлении устройства……… 44

5.2 Требования техники
безопасности при эксплуатации устройства……… 49

5.3 Электробезопасность…………………………………………………………………….. 50

5.4 Средства защиты,
применяемые в электроустановках……………………… 55

6 Экономика………………………………………………………………………………………… 58

6.1 Себестоимость
опытно-конструкторской работы…………………………….. 58

3.2 Себестоимость
внедрения результатов проектирования…………………… 65

Заключение………………………………………………………………………………………….. 67

Список использованных источников……………………………………………………… 69

Приложение А Схема
электрическая структурная………………………………….. 71

Приложение Б Алгоритм
работы…………………………………………………………… 72

Приложение В Схема
электрическая принципиальная…………………………….. 73

Приложение Г Перечень
элементов……………………………………………………….. 74

Приложение Д Текст
программы…………………………………………………………… 75

Введение:

На железной
дороге довольно часто имеют место значительные повреждения подвижного состава
всех видов и серий, связанные с возгоранием и пожарами. Их следствием являются
значительные повреждения электрооборудования, требующие замены в условиях
капитального ремонта в заводсвих условиях. К числу основных причин
возникновения пожаров можно отнести:

— короткие
замыкания в силовых цепях и системе управления локомотива;

— несовершеннство
защиты от токов короткого замыкания на корпус в результате пробоя изоляции;

— исключение из
работы аппаратов защиты устройств, контролирующих режимы работы и уровень
изоляции силовых цепей.

Исходя из этого,
можно сделать вывод, что надежную работу электрооборудования локомотива можно
обеспечить за счет:

— совершенствования
средств контроля и защиты электрических цепей;

—
совершенствования технологии ремонта и контроля качества ремонта с
использованием современных диагностических систем.

При этом на
подвижном составе предпочтительно иметь несложное и недорогое встроенное
устройство для непрерывного контроля состояния изоляции, принцип работы
которого основан на измерении величин, характеризующих старение изоляции,
например, токов утечки. Эти устройства должны в течение поездки точно измерять
параметры изоляции с последующей обработкой результатов измерения и выдачей
информации о необходимости, целесообразности и виде ремонда, а также давать
оценку состояния электрооборудования после ремонта.

При такой
организации системы эксплуатации и ремонта можно оптимизировать межремонтные
пробеги, предупредить отказы в пути следования и вносить изменения в технологию
ремонта, что значительно снизит себестоимость перевозок.

Именно поэтому в
данной выпускной квалификационной работе выполняется разработка устройства мониторинга
состояния силовых цепей электровоза переменного тока ВЛ 80с.

Цель работы – разработка микроконтроллерного устройства для мониторинга состояния силовых цепей электровоза переменного тока.

Объектом исследования является устройство мониторинга состояния силовых цепей
электровоза переменного тока.

Предметом исследования является использование современных
технологий для автоматизации процесса мониторинга состояния силовых цепей.

Установленная цель обуславливает следующие задачи:

— анализ существующих схем защиты от замыкания на землю;

— разработка структурной схемы устройства защиты;

— обоснование и выбор средств реализации устройства;

— разработка принципиальной схемы устройства;

— проектирование программного обеспечения устройства;

— тестирование работы устройства.

Работа состоит из шести разделов и содержит 70 страниц, 18 рисунков,
5 таблиц, 22 источников, 3 приложений.

В первом разделе производится анализ существующих схем
защиты от замыкания на землю, а также выполняется обоснование направления исследования.

Во втором разделе выполняется разработка структурной схемы
устройства защиты, а также  разработка
алгоритма ее работы.

В третьем разделе выполняется разработка принципиальной
схемы устройства с выбором элементной базы.

В четвертом разделе выполняется разработка программного
обеспечения и тестирование системы.

Пятый раздел
посвящен безопасности жизнедеятельности, а шестой – экономическим расчетам.

Заключение:

В данной
выпускной квалификационной работе выполняется разработка устройства мониторинга
состояния силовых цепей электровоза переменного тока ВЛ 80с.

Данная тема является актуальной, потому что достаточно часто
бывают значительные повреждения
подвижного состава, которые связаны с возгоранием и пожарами. Вследствие чего
возникают повреждения электрооборудования, что требует его замены или
капитального ремонта, т.е. возникают материальные издержки на большие суммы. В
числе основных причин возникновения пожаров обычно являются такие:

— короткие
замыкания в силовых цепях и системе управления локомотива;

— несовершеннство
защиты от токов короткого замыкания на корпус в результате пробоя изоляции;

— исключение из
работы аппаратов защиты устройств, контролирующих режимы работы и уровень
изоляции силовых цепей.

Исходя из этого,
можно сделать вывод, что надежную работу электрооборудования локомотива можно
обеспечить за счет:

—
совершенствования средств контроля и защиты электрических цепей;

— совершенствования
технологии ремонта и контроля качества ремонта с использованием современных
диагностических систем.

Таким образом, цель работы – разработка микроконтроллерного устройства для мониторинга состояния силовых цепей электровоза переменного тока.

Объектом исследования было устройство мониторинга состояния силовых цепей электровоза переменного тока.

Предметом исследования была использование современных
технологий для автоматизации процесса мониторинга состояния силовых цепей.

В результате выполнения работы были решены следующие задачи:

— анализ существующих схем защиты от замыкания на землю;

— разработка структурной схемы устройства защиты;

— обоснование и выбор средств реализации устройства;

— разработка принципиальной схемы устройства;

— проектирование программного обеспечения устройства;

— тестирование работы устройства.

Таким образом, результатом выполнения работы стало
устройство мониторинга состояния
силовых цепей электровоза переменного тока, реализованное с помощью
микроконтроллера Atmega128, для которого было разработано и протестировано
программное обеспечение. Для этого использовали такие программные комплексы,
как CodeVisionAVR и Proteus.

Также в работе
дано описание безопасности жизнедеятельности при разработке и эксплуатации
устройства и рассчитаны экономические показатели по его проектированию.

Фрагмент текста работы:

1 Анализ существующих схем защиты от замыкания на
землю

1.1 Электровоз переменного тока ВЛ80с

Среди локомотивов электровозы – наиболее мощные,
быстроходные, экономичные и удобные в эксплуатации машины. Именно поэтому они
все шире применяются в нашей стране. Особое место среди них занимают
электровозы переменного тока [1].

В отличие от работающих на постоянном токе, они не нуждаются
в стационарных выпрямительных подстанциях и все оборудование несут на себе.
Питаются такие локомотивы от сети переменного тока высокого напряжения — 25 кВ
50 Гц, сами понижают его, выпрямляют и подают на тяговые двигатели.

Каждый электровоз ВЛ80 с завода выходил составленным из двух
секций [1], но схема электровозов ВЛ80С предусматривает синхронную работу по
системе многих единиц в составе трёх или четырёх секций, а некоторых
модернизированных ВЛ80Р — в составе трёх секций. Механическая часть секции ВЛ80
— две одинаковые двухосные тележки. Рамы тележек сварные, поводковые буксы на
роликоподшипниках с сайлентблоками (резинометаллическими шарнирами). Тяговые и
тормозные усилия передаются от тележек к кузову через шкворни. Тяговые электродвигатели
— синхронные, коллекторные, постоянного тока. Тяговый привод — опорно-осевой, с
двухсторонней тяговой передачей. Редукторы тяговой передачи — цилиндрические,
косозубые с жестким венцом ведомого зубчатого колеса. Диаметр колесных пар при
новых бандажах по паспорту — 1250 мм, фактически — 1280—1290 мм.

На каждой секции установлено следующее основное
оборудование:

— пантограф для токосъёма с контактной сети, расположенный
над кабиной машиниста, и главный выключатель (ГВ) ВОВ-25М;

— тяговый трансформатор с масляным мотор-насосом (МН), две
выпрямительные установки ВУК той или иной модификации и главный контроллер
ЭКГ-8Ж;

— фазорасщепитель (ФР) НБ-455А, вырабатывающий третью фазу
(первой и второй фазами становятся выводы обмотки собственных нужд) для питания
асинхронных двигателей остальных вспомогательных машин;

— 4 мотор-вентилятора (МВ) для охлаждения оборудования и
наддува кузова, среди которых обязательно имеются два МВ для охлаждения ТЭД, по
одному на тележку;

— мотор-компрессор (МК) КТ-6Эл для обеспечения воздухом
тормозов на локомотиве и в поезде, силовых электроаппаратов, блокировок
высоковольтной камеры, подачи звуковых сигналов свистком (тихий) и тифоном
(громкий), работы пневмопривода стеклоочистителей.

Трансформатор имеет тяговую обмотку и обмотку собственных
нужд (ОСН) с напряжением холостого хода 399 В (напряжение с номинальной
нагрузкой = 380 В), служащую для питания вспомогательных машин и цепей
управления. Для стабилизации напряжения на вспомогательных двигателях при
значительных колебаниях напряжения в контактной сети (ниже 19 кВ и выше 29 кВ)
предусмотрены две отпайки ОСН с напряжением 210 и 630 В, переключаются они
вручную на трансформаторе. Напряжение на тяговых двигателях регулируется
оперативно в процессе управления электровозом.

Цепи управления питаются напряжением 50 В от ТРПШ —
трансформатора, регулируемого подмагничиванием шунтов, через диодный
выпрямитель. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя установлены два
дросселя Д1 и Д3.

Скорость движения электровоза регулируется изменением
напряжения, подводимого к тяговым двигателям (ТЭД).