Расчет параметров тягового электродвигателя

где а' - расстояние от нижней части станины двигателя до головки рельс,

принимаем 155 мм;

- превышение оси вала электродвигателя над осью колесной пары,

принимаем 30 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

HD max = 1250 - 2(155 - 30) = 1000 мм.

Максимально возможный диаметр якоря определяется по следующей формуле:

(31)

Подставляя численные значения, получаем:

Наружный диаметр станины (статора) генератора определяется по формуле:

Dст = КстDа, (32)

где Кст - коэффициент пропорциональности, принимаем 1,45.

Подставляя численные значения, получаем:

Dст = 1,451,2 = 1,74 м.

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

2.1 Выбор типа обмотки

Тип обмотки якоря определяется в основном величиной тока в параллельной ветви:

ia = Iд.дл/(2а) <=250 A. (33)

где Iд.дл - ток тягового двигателя в продолжительном режиме, 550 А;

а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Для лучшей коммутационной стойкости ТЭД принимаем петлевую обмотку, тогда а = р = 2.

Тогда подставляя численные данные в (33), получаем:

ia = 550/(22) = 138 А < 250 A.

Число проводников обмотки определим по формуле:

Na = ADa/ia, (34)

где А - линейная нагрузка якоря в продолжительном режиме, 375 А/см;

Da - диаметр якоря, 53 см.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Nа = 3,1437456/138 = 477.

Окончательно количество проводников уточним после определения числа пазов и активных проводников в пазу.

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

Определяем, в зависимости от диаметра якоря, число пазов: Zп = 62.

Зубцовое деление определим по формуле:

t1 = Da/Zп . (35)

Подставляя численные значения, получаем:

t1 = 3,140,56/62 = 28 мм.

Число активных проводников в пазу определим по следующей формуле:

NZ = Na/Zп. (36)

Подставляя численные данные, получаем:

NZ = 477/62 = 7,7.

Число активных проводников в пазу округляем до четного числа: 8.

Число коллекторных пластин на паз определим по формуле:

uк = NZ/2. (37)

Тогда подставляя численные значения, получаем:

uк = 8/2 = 4.

При выборе числа пазов по условиям нагревания обмотки необходимо, чтобы объем тока в пазу:

iaNZ <=1500…1800 A. (38)

Подставляя численные значения, получаем:

iaNZ = 1388 = 1014 А <1500…1800 А.

В соответствии с принятыми решениями уточненное число проводников обмотки и линейной нагрузки будут:

Na = NZZп (39)

(40)

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Na = 882 = 496.

Так как полученное значение А практически не отличается (3,6%) от принятого при определении основных размеров ТЭД, то продолжаем дальнейший расчет.

Число коллекторных пластин определим по формуле:

(41)

где wс - число витков в секции, равно 1;

ZЭ - число элементарных пазов.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Проверим величину среднего межламельного напряжения:

(42)

Подставляя численные данные, получаем:

При этом необходимо обеспечить выполнения условий симметрии простой петлевой обмотки якоря:

К/а = ЦЧ = 248/2 = 124.

Zп/а = ЦЧ = 62/2 = 31.

2р/а = ЦЧ = 4/2 = 2.

где ЦЧ - целое число.

Коллекторное деление tк из условий конструктивной и технологической выполнимости коллектора будет:

tк >= 4…4,5 мм. (43)

при толщине изоляции между пластинами 0,8 - 1,5 мм. Выбираем tк = 4 мм.

Принятые величины К и tк позволяют определить диаметр коллектора, который определяется по формуле:

(44)

Подставляя численные значения, получаем:

Принимаем из ряда номинальных значений DК = 425 мм.

При этом максимальная окружная скорость коллектора должна удовлетворять условию:

(45)

где nд.max - максимальная частота вращения двигателя, которая определяется

по формуле:

(46)

где nд.дл - номинальная частота вращения двигателя в продолжительном

режиме, 650 об/мин;

max - конструкционная скорость тепловоза, 115 км/ч;

дл - скорость длительного режима, 30 км/ч.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Подставляя численные значения в формулу (45), получаем:

Кроме этого полученные значения Da и DК должны находиться в соотношении

DК = 0,75…0,85Da. (47)

Подставляя численные значения, получаем:

DК = 0,76560 = 425 мм.

Полученные значения tК и DК окончательно уточним в процессе дальнейшего расчета.

Предварительно глубину паза определим по следующей формуле:

hz = 0,08…0,12, (48)

где - полюсное деление, которое определяется по формуле:

(49)

Подставляя численные значения, получаем:

Тогда подставляя численные значения в формулу (48), получаем:

hz = 0,1440 = 44 мм.

Ширину паза определим по следующей формуле:

bп = 0,35…0,45t1. (50)

Подставляя численные значения, получаем:

bп = 0,428 = 11,2 мм.

Из опыта проектирования ТЭД: hz/bп = 2,5…6 = 44/11,2 = 4.

Окончательно размеры паза определим после определения размеров меди проводников обмотки, их количеством в пазу и толщиной изоляции.

Площадь сечения меди проводника обмотки определим по следующей формуле:

(51)

где ja - плотность тока в обмотки якоря, определяется по формуле:

(52)

где Aja - фактор нагрева, при классе изоляции F Aja = 3000 А2/(сммм2).

Подставляя численные данные, получаем:

Тогда подставляя численные значения в (51), получаем:

Для ограничения величины добавочных потерь высота каждого проводника в зависимости от частоты перемагничивания сердечника якоря fп = pnд.дл/60 = 2650/60 = 21,6 Гц должна быть не более указанного в таблице 1.1 hм = 10,5 мм.

По полученному значению Sa намечаем размеры проводника по ГОСТ 434-78 по приложению 2 : b = 10 мм, а = 2,24 мм и Sa = 22,04 мм2.

Выбираем горизонтальное расположение проводников в пазу.

Расчет размеров паза удобно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Расчет размеров паза

Наименование	Материал	Размер, мм	Число слоев	Общий размер, мм
Проводник	Медь ПММ	10х2,24	1/8	10/17,92
Витковая изоляция	Провод ПЭТВЛСД	0,16/0,16	2/16	0,32/2,56
Корпусная изоляция	Стеклослюдинитовая лента	0,08/0,08	16/32	1,28/2,56
Покровная изоляция	Стеклолента	0,1/0,1	2/4	0,2/0,4
Прокладки на дно, между катушками и под клин	Стеклотекстолит	-/0,35	-/4	-/1,4
Клин	Стеклотекстолит	-/5	-/1	-/5
Зазор на укладку	-	0,25/0,20	-	0,25/0,20
Расшихтовка	-	0,15/-	-	0,15/-
И т о г о	bп/hz = 12,2/30,04

Удельная магнитная проводимость паза определим по формуле:

(53)

где ?S - длина лобовых частей обмотки якоря, определяется по формуле:

?S = 1,2…1,3. (54)

Подставляя численные значения, получаем:

?S = 1,244 = 52,8 см.

Тогда подставляя численные значения в (53) , получаем:

Средняя величина реактивной ЭДС за период коммутации будет:

(55)

Подставляя численные значения, получаем:

Шаг по коллектору, равный результирующему шагу по элементарным пазам Zэ = К, определяется так:

Для улучшения коммутации и уменьшения расхода меди обмотки якоря ТЭД выполняют укороченными.

Шаг по реальным пазам

(56)

где п - пазовое укорочение шага.

Подставляя численные значения, получаем:

Первый частичный шаг по элементарным пазам

(57)

Подставляя численные значения, получаем:

Второй частичный шаг по элементарным пазам

(58)

Подставляя численные значения, получаем:

Сопротивление обмотки якоря при 20 С

(59)

где - удельное электрическое сопротивление меди при 20 С,

= 0,0175 Оммм2/м;

la - суммарная длина проводников одной параллельной ветви обмотки,

которая определяется по формуле:

(60)

где ?п - полная длина одного проводника обмотки, которая определяется по

формуле:

(61)

Таким образом,

Тогда подставляя численные значения в (60) и (59) , получаем:

Шаг уравнительных соединений в коллекторных делениях:

укр = К/р = 248/2 = 124.

Площадь сечения уравнителя определим по следующей формуле:

Sу = 0,3…0,35Sа. (62)

Подставляя численные значения, получаем:

Sу = 0,322,04 = 6,61 мм2.

Толщину проводника уравнителя принимаем равной толщине проводника обмотки якоря, что упрощает соединение уравнителя с коллектором.

2.1 Расчет коллекторно-щеточного узла

Число щёткодержателей обычно равно числу главных полюсов.

Контактная площадь щёток одного щёткодержателя

(63)

где jщ - допускаемая плотность тока под щёткой, А/см2.

В зависимости от типа и характеристик щёток

jщ = 9 18 А/см2. (64)

По рекомендациям , выбираем щётку марки ЭГ74АФ. Допускаемое давление на щётку 15 21 кПа, падение напряжения 2,3 В, jщ = 15 А/см2. Тогда

Наиболее важно правильно выбрать ширину щётки, которая влияет на ширину зоны коммутации, а последняя на степень использования активного слоя машины.

Из практики электромашиностроения установлено, что приемлемая величина щёточного перекрытия

(65)

Страницы: 1, 2, 3, 4