При правильной разработке программного продукта в среде Microsoft Office Excel облегчит решение ряда вопросов связанных с учебно − исследовательской деятельностью. Данный программный продукт должен удовлетворять требованиям нормативно технической документации, а именно ПУЭ, ПУСТЭ, ГОСТ Р 52719 − 2007.

Исходными данными для программы были размеры движения и продольный профиль пути. По этим данным программа должна полностью рассчитывать систему тягового электроснабжения. При этом у операторадолжна быть возможность с помощь программы определить оптимальное расстояние между ТП, такое чтобы оба плеча питания были загружены равномерно. Так же возможность установить оптимальный межпоездной интервал, для того чтобы уменьшит необходимую мощность трансформаторов устанавливаемых на ТП, при этом обеспечить достаточный уровень напряжения на токоприемнике ЭПС.

Программа должна позволить проводит мониторинг таких параметров как, мощность, потребляемая плечами питания, эффективный ток, падение напряжение до любого ЭПС, одновременно на всех путях и направлениях.

1 АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА СИСИТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Общее понятия о программных комплексах

Существующие ранее методики расчетов системы тягового электроснабжения не учитывали все факторы и специфику конкретных участков железных дорог до появления пакета программ "Nord" для тяговых и электрических расчетов в сфере проектирования и эксплуатации систем тягового электроснабжения. Кроме этого, широкое распространение получили специализированные разработки средств моделирования систем тягового электроснабжения: "Fazonord", "Flow3", "Fazonord-Расчеты", "Fazonord-Качество" Иркутского государственного университета путей сообщения [1]; "КОРТЭС" Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) [2]. Подобные разработки проводились также и Днепропетровским национальным университетом железнодорожного транспорта, в частности "PrEns" с последующим развитием в работах [3–5]; "Матрикс" [6] с последующим развитием в систему "Поток" [7].

Программный комплекс КОРТЭС предназначен для решения на персональных ЭВМ в среде Windows 98/Me/2000/XP/7 различных расчётных задач, связанных с выбором параметров, определением характеристик режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения и их отдельных элементов.

Во многих отношениях КОРТЭС является преемником пакета программ NORD, работающего в операционной системе MS-DOS и обладающего в связи с этим ограниченными возможностями. В реализации новых программ максимально использован принцип совместимости “вверх” с базами данных устройств и участков, созданными с помощью пакета NORD. Интерфейс пользователя, с одной стороны, соответствует стандартам современных операционных систем, с другой – в нём сохранён стиль управления программами предшествующего пакета.

Среди новых основных возможностей, реализованных в КОРТЭС, можно отметить следующие:

• определение тяговой нагрузки с учётом рекуперации энергии, а также кратности тяги по отдельным перегонам участка;

• выполнение электрических расчётов на основе моделирования графика движения поездов различных категорий – скоростных, пассажирских, грузовых (в том числе повышенной массы), пригородных и др.;

• расчёт схем питания фидерных зон от нескольких тяговых подстанций при наличии примыкающих участков;

• учёт реальной схемы подключения фидеров подстанций и постов секционирования к контактной сети при заданном расположении воздушных промежутков.

1.2 Общее сведения о программном комплексе КОРТЭС

Комплекс КОРТЭС имеет гибкую структуру и включает в себя программные модули различного назначения, связанные общими базами данных и способами управления. Набор модулей может пополняться компонентами для решения специфических задач как в области проектирования систем электроснабжения, так и их эксплуатации.

Для запуска и управления работой комплекса используется программа KtMain. С её помощью осуществляется выбор решаемой задачи, текущего каталога данных, типа данных, имени рабочего файла, а также запуск необходимых программ.

Каждой задаче соответствует набор программных модулей для её решения – специальных и общего назначения. Например, в задаче «Расчёты системы переменного тока 25 кВ» общие модули используются для редактирования параметров участка, выполнения тяговых расчётов, корректировки их результатов и формирования базового графика движения поездов; специальные программы предназначены для управления базами данных устройств электроснабжения переменного тока, построения схем питания участка и выполнения необходимых расчётов этих схем.

Все данные (файлы), относящиеся, например, к отдельной дороге, дистанции электроснабжения или проекту, располагаются в любой доступной папке (директории) диска и образуют каталог данных. Большинство программ комплекса работает только с фиксированным каталогом, заданным при её запуске. Этот принцип предотвращает “распыление” файлов, используемых одновременно несколькими модулями, по пространству диска.

Каждый модуль комплекса предназначен для работы с определёнными типами данных, которые различаются расширением имени файла. В зависимости от выбранного типа данных программа KtMain формирует список файлов в рабочем каталоге и предоставляет возможность запуска необходимого модуля для обработки любого – рабочего файла – из указанного списка.

1.3 Функции программы KtMain

Программа KtMain служит для управления работой комплекса КОРТЭС и обеспечивает взаимодействие между списками задач, каталогов, типов данных, рабочих файлов и программ (рисунок 1.1). Наименование текущей задачи помещено непосредственно под заголовком программы. Данные для всех списков содержатся в специальном файле KtMain.kin, который находится в папке программы.

Рисунок 1.1 Окно управляющего модуля

комплекса − программы KtMain

Списки задач и каталогов открываются щелчком левой кнопки мыши по соответствующему полю или кнопки [▼] справа от него.

Дополнительно для работы со списком Каталог предусмотрены две кнопки:

"Добавить…" – добавление существующей или новой папки с помощью стандартного мини-проводника Windows;

"Удалить" – удаление текущей папки, если она не является единственной в списке. Папка удаляется только из списка, но не из компьютера.

В зависимости от выбранной задачи формируется таблица Данные (тип файла), например, отдельно для расчётов систем постоянного или переменного тока, тяговых расчётов общего назначения.

Двойным щелчком или клавишей "Enter" в соответствующей строке таблицы открывается список, и из него выбирают Рабочий файл, который будет использован при запуске необходимой программы. Этот файл можно определить также одновременно с выбором каталога ("Добавить…"), либо с помощью кнопок:

"Последний" – в строку помещается имя файла, который был открыт или сохранён перед завершением работы соответствующей программы. В таблицу помещаются также имена связанных с ним файлов;

"Новый" – очищается выделенная строка. Соответствующий программный модуль будет запущен без загрузки файла, например, для ввода новых данных.

Список программных модулей представлен в виде таблицы, содержащей имя программы и её назначение. Запуск модуля осуществляется однократным щелчком мыши или клавишей "Enter", после чего его имя отмечается в таблице жирным шрифтом.

Одновременно могут быть запущены несколько различных модулей в количестве, зависящем от мощности компьютера и возможностей операционной системы обеспечить их надёжную совместную работу. Программа KtMain не отслеживает состояние каждого загруженного модуля. После закрытия модуля необходимо снять метку его использования щелчком мыши или клавишей "Enter".

Кнопки справа от таблицы позволяют отобрать программы из общего списка:

"Все программы" – все, относящиеся к данной задаче;

"По типу данных" – соответствующие выбранному типу файлов;

"Служебные" – вспомогательные утилиты (поставляются отдельно);

"Использованные" – отмеченные как используемые.

Выход из программы KtMain осуществляется с помощью кнопки "Завершение" или любым способом, предусмотренным Windows. Если имеются модули, метка использования, с которых не снята, то таблица заполняется их именами (срабатывает кнопки "Использованные"), выдаётся сообщение о необходимости закрытия работающих программ и осуществляется их поочерёдная активизация для этой цели. Вы можете отменить выход из комплекса для продолжения работы или самостоятельного перехода в открытые программы.

1.4 Преимущества и недостатки программного комплекса КОРТЭС

Преимуществами данного программного комплекса являются:

• возможность расчета различных схем 3 кВ, 25 кВ, 2х25 кВ, с экранирующим усиливающим проводом;

• все справочные данные о трансформаторах, автотрансформаторах, проводах, рельсах и локомотивов предусмотрены в программном комплексе.

Недостатками данного программного обеспечения являются:

• Расчет производится только по схеме соединения трансформатора "звезда − треугольник" (нет возможности расчета "схем открытого треугольника" и "схемы Скотта");

• Нет возможности увидеть процесс решения;

• Весь расчет производится методом подбора;

• При создание нового участка нет возможности вставки данных из других программ;

• Неудобное редактирование участков;

• Нет возможности добавлять участки с кривыми, которые представлены в градусах.

1.5 Разработка программного продукта

Целью данного дипломного проекта является разработка учебно − исследовательского программного продукта по расчету параметров тягового электроснабжения. Исходными данные для программного продукта являются данные представлены на чертеже ДП 23.05.05 021 003. Первый блок этотяговый расчет методом установившихся скоростей, второй блок электроснабжение участка.

2 ТЯГОВЫЙ РАСЧЁТ МЕТОДОМ УСТАНОВИВШИХСЯ СКОРОСТЕЙ

2.1 Методика расчета токопотребления электроподвижным составом методом установившихся скоростей

Методика расчетов токопотребления основывается на литературе [19], в которой выполняются тяговые расчеты методом установившихся скоростей.

Для решения данной задачи необходимо произвести следующие действия:

1. Произвести спрямление и приведение заданного профиля пути. В основе расчета кривых движения поезда лежит интегрирование уравнения движения.

Предварительно с целью уменьшения трудоемкости таких расчетов заменяют группу смежных элементов продольного профиля пути, а также кривые, имеющиеся в плане, фиктивными эквивалентными уклонами исходя из равенства работ по преодолению действительного профиля и приведенного фиктивного.

Спрямляют только близкие по крутизне элементы профиля одного знака. Элементы профиля остановочных пунктов не спрямляют. При жестких условиях возможность спрямления проверяют по формуле:

(2.1)

где Δi - абсолютная разность между фиктивным уклоном спрямленного участка длиной S_i и действительным уклоном проверяемого элемента, ‰.

Кривые на спрямляемом участке заменяют фиктивными подъемами.

2. С учетом типа электровоза необходимо сделать пересчет тяговых характеристик с учетом количества секций, находящиеся в работе, и секций предусмотренные конструктивными параметрами.

3. На основании ниже перечисленного рассчитываются и строятся диаграммы удельных сил:

а) тяговых характеристик;

б) сил основного сопротивления движению, в которых учитывается тип подвижного состава и виды используемых подшипников, режим работы, тип пути (звеньевой или бесстыковой);

в) тормозных сил, которые учитывают тип применяемых тормозных колодок, расчетный тормозной коэффициент;