Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Локомотивы»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине: «Электрические передачи локомотивов»

Тема:

Передачи мощности подвижного состава

Студент гр. 35П А.В. Пилипенко

Руководитель доцент А.В. Литвинов

Омск 2017



ЗАДАНИЕ

В курсовой работе необходимо:

1) определить основные расчетные режимы электрической передачи локомотива, рассчитать и построить внешнюю и регулировочные характеристики;

тягового генератора, выбрать силовую схему электропередачи тепловоза и схему регулирования возбуждения тягового генератора;

2) рассчитать и построить тяговую характеристику тепловоза и нанести на нее характерные точки основных режимов его работы и ограничения;

3) определить передаточное отношение тягового редуктора;

4) выполнить электромагнитный расчет тягового электродвигателя, определить основные его размеры;

5) рассчитать и построить электромеханические характеристики тягового электродвигателя.

Таблица 1

Исходные данные для выполнения курсовой работы

Номер варианта	Тип тепловоза	Мощность дизеля Ne, кВт	Сцепной вес Рсц, кН	Диаметр колеса Dк,м	Конструкционная скорость, Vк , км/ч	Число тяговых электродвигателей, m
42	грузовой	2200	1290	1,05	115	6



РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит: 55 страницы, 14 рисунков, 9 таблиц, 3 источника.

Электрическая передача, силовая схема, якорь, щетки, обмотка, паз, электродвигатель, магнитная цепь, полное поле, изоляция, сердечник, потери, мощность.

Объектом исследования является электрическая передача маневрового односекционного тепловоза.

Цель работы - определение основных расчетных режимов электрической передачи тепловоза, разработка её силовой схемы, построение тяговой характеристики тепловоза, электромеханических и нагрузочных характеристик ТЭД, определить основные размеры тягового электродвигателя.

В результате работы были определены основные расчетные режимы электрической передачи локомотива; построена тяговая характеристика тепловоза; выполнен электромагнитный расчет тягового электродвигателя и определены его основные размеры; рассчитаны и построены электромеханические характеристики ТЭД.



ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Определение основных параметров электрической передачи терловоз

2. Расчет и построение регулировочных характеристик электропередачи

3. Расчет тяговой характеристики терловоза

4. Определение основных параметров зубчатой передачи

5. Разработка силовой схемы тепловоза

6. Определение основных параметров двигателя

6.1 Расчет приведенного объема и длины якоря электродвигателя

6.2 Расчет обмотки якоря и размеров паза

7. Расчет магнитной цепи двигателя

8.Определение коэффициента полезного действия ТЭД

9. Расчет основных характеристик ТЭД

9.1 Характеристики намагничивания и нагрузочная

9.2 Электромеханические характеристики ТЭД

Заключение

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

Электрические передачи мощности локомотивов - сложные системы, включающие практически все известные сегодня электрические машины, преобразователи, аппараты

Передачей мощности называют устройство или комплекс устройств, дающих возможность изменять передаточное число системы с целью изменения скорости движения и силы тяги транспортной машины, в нашем случае - локомотива.

Изменение передаточного числа может осуществляться механическими устройствами: электрическими преобразователями либо комбинированно. Традиционно для локомотивов считается, что передача мощности характерна для тепловозов, где она осуществляет трансформацию момента вала дизеля и его мощности в механическую энергию тяги локомотива. В зависимости от применяемых элементов передачи различают механические, гидростатические, гидромеханические и электрические передачи различного вида.

Кроме того, выделяется передача мощности электровозов и других видов электроподвижного состава, где она присутствует и дает возможность изменять постоянное по величине напряжение контактного провода в переменное по величине напряжение, подводимое к тяговым электродвигателям.

Наиболее широкие возможности выбора типа передачи мощности существуют для автономных локомотивов - тепловозов, газотурбовозов. Ограниченные возможности имеет неавтономный электроподвижной состав, где используется только электрическая передача мощности, свойства которой определяются возможностями изменения рабочего напряжения на тяговых двигателях. Большинство тепловозов, работающих на магистральных железных дорогах мира, оборудовано электрическими передачами мощности. Наличие собственной энергетической установки на тепловозе ставит ряд уникальных задач по ее полному использованию при наибольшей экономичности.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЗА

Мощность дизеля, отдаваемая на тягу, кВт,

(1.1)

Электрическая мощность тягового генератора (ТГ), кВт:

(1.2)

Где = 0,943 - КПД генератора постоянного тока.

Расчетная сила тяги определяется из условий реализации коэффициента сцепления (коэффициента тяги) на расчетном подъеме, кН:

, (1.3)

Где Р_сц = 1290 кН - сцепной вес тепловоза;

ш_кр = 0,179 - коэффициент сцепления (тяги) на расчетном подъеме.

Fкр = 1290•0,179 = 230,91 кН.

Для тепловозов различного рода службы скорость на расчетном подъеме (скорость продолжительного режима) определяется по формуле, км/ч:



(1.4)

Где з_Э.П. = 0,84 - КПД электрической передачи.

Мощность, потребляемая каждым двигателем тепловоза, кВт:

(1.5)

Где m = 6 - количество ТЭД тепловоза.

Мощность, отдаваемая двигателем на колесную пару тепловоза, кВт,

(1.6)

Где з_ТЭД = 0,89 - КПД тягового двигателя.



2. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Регулировочные характеристики - это зависимости напряжения и тока якоря на зажимах тяговых электрических машин от скорости движения тепловоза. При курсовом проектировании пользуются относительными (процентными) характеристиками электропередачи, построенными в процентах по отношению к параметрам продолжительного режима.

Относительная скоростная (процентная) характеристика ТЭД при условии постоянства мощности на зажимах ТГ представлена [1, рис. 3.1].

Пересчет скоростных процентных характеристик в регулировочные производится по формулам:

(2.1)

(2.2)

Где V - скорость тепловоза, км/ч;

V% - скорость тепловоза по отношению к расчетной, %;

V_р - расчетная скорость тепловоза, км/ч; I_д - ток якоря ТЭД, А;

I% - ток якоря ТЭД в процентах от тока продолжительного режима;

I_дн - ток якоря ТЭД в продолжительном режиме, А.

Предварительно выбираем схему присоединения ТЭД к зажимам ТГ и диапазоны регулирования ТГ по напряжению и току, которые характеризуются соответствующими коэффициентами регулирования.

(2.3)

C_гi = I_гmax/I_гmin = 2 (2.4)

Для магистральных тепловозов используется параллельное соединение ТЭД, при котором значительно улучшаются тяговые свойства тепловоза. Для маневровых тепловозов и поездных локомотивов средней мощности применяют последовательно-параллельное соединение ТЭД.

Для тепловоза с параллельным присоединением тяговых двигателей к тяговому генератору U_{г max} = 700 - 750 В, с последовательно-параллельным U_{г max} = 800 - 900 В.

Рис. 2.1 Скоростная процентная характеристика тепловозного тягового электродвигателя и КПД электропередачи

Напряжение и ток тягового генератора в продолжительном режиме определяются по выражениям:

(2.5)

(2.6)



При регулировании по характеристике постоянства мощности минимальный ток ТГ, А,

(2.7)

Максимальный ток ТГ, А,

(2.8)

Минимальное напряжение ТГ, В,

(2.9)

Результаты расчета сводятся в (табл. 2.1) и по ним строится внешняя характеристика тягового генератора, ограниченная гиперболой и прямыми U_гmax = const; I_гmax = const.

Таблица 2.1

Расчет параметров внешней характеристики тягового генератора

Параметры тягового генератора	Значения параметров тягового генератора
Iг, А	Iг min = 3490	Iгн = 3985	Iгmax = 4981
Uг, В	Uг max = 750	Uгн = 468,75	Uгmin = 375



Для обеспечения работы электропередачи с Р_г = const при сохранении необходимого диапазона скоростей движения тепловоза достаточно использовать метод ослабления возбуждения ТЭД.

По условию обеспечения удовлетворительной коммутации при высоких скоростях движения минимальное значение коэффициента в₂ не должно быть меньше 0,25. Если в_min< 0,5, применяют две ступени ослабления возбуждения, то есть вводят промежуточную ступень, коэффициент которой определяется по формуле:

(2.10)

Коэффициент ослабления возбуждения ТЭД определяется по формуле:

, (2.11)

Где I_В - ток в обмотке возбуждения ТЭД, А.

Регулировочные характеристики ЭП строят по формулам:

При полном возбуждении (ПП):

(2.12)

При первой ступени ослабления возбуждения (ОП1):

; (2.13)

При второй ступени ослабления возбуждения (ОП2):

(2.14)

Результаты расчетов по формулам (2.12) - (2.14) представлены в виде (табл. 2.2), по результатам которой строятся регулировочные характеристики электропередачи при постоянном соединении тяговых электродвигателей.

Скорости переходов определяются по формулам:

(2.15)

(2.16)

Таблица 2.2

Расчет параметров регулировочных характеристик электрического привода

Параметры	Расчетные значения параметров
1	2	3	4
Iг, А	Iг min = 2490	Iгн = 3985	Iгmax = 4981
Uг, В	Uг max = 750	Uгн = 437.5	Uгmin = 292
Vт, км/ч	ПП	52,479	25,93	18,554
	ОП1	70,762	34,964	25,018
	ОП2	114,499	56,575	40,482



Рис. 2.3 Регулировочные характеристики электропередачи при постоянном соединении ТЭД



3. РАСЧЁТ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗА

Расчет текущих значений тяговой характеристики тепловоза выполняется по формуле:

(3.1)

Для каждого значения скорости тепловоза по процентным регулировочным характеристикам [1, рис. 3.1] находят соответствующие значения тока тягового генератора и КПД ЭП. Результаты вычислений сводим в (табл. 3.1).

По данным табл. 3.1 строится тяговая характеристика F_K = f(V), на нее наносят:

а) кривую ограничения по сцеплению, рассчитываемую по формуле, кН:

F_к.сц = P_сц.ш_к, (3.2)

гдеш_к - расчетный коэффициент сцепления,

(3.3)

б) линию ограничения силы тяги по минимальному току тягового генератора (по условиям коммутации тяговых электрических машин), соответствующую скорости, км/ч,

(3.4)

в) определяемую по токовой регулировочной характеристике как скорость, при которой I_г = I_гmax.

г) линию продолжительного режима работы ТЭД (ограничение по нагреву), соответствующую:

F_K = F_P и V = V_Р; (3.5)

д) линию ограничения тяговой характеристики по конструкционной скорости при V = V_max.

Таблица 3.1

Расчет параметров тяговой характеристики тепловоза

Режим работы электрической передачи	Ток двигателя Iд, A	Значения параметров по режимам работы электрической передачи
		Vт, км/ч	I ,%	зэп, %	Fk,kH
ПП(в = 1)	Iдmin = 415	52,479	62,5	85	114,094
	Iдн = 664,167	25,93	100	80	230,91
	Iдmax = 830,167	18,554	1250.0.	72	322,707
ОП1(в1 = 0,55)	Iдmin = 471,559	70,762	71	85	84,614
	Iдн = 518,05	34,964	78	84	171,247
	Iдmax = 564,542	25,018	85	83	239,326
ОП2(в2 = 0,3)	Iдmin = 471,559	144,499	71	85	52,293
	Iдн = 557,9	56,575	84	83	105,834
	Iдmax = 644,242	40,482	97	80	147,907

Таблица 3.2

Расчет кривой V ограничения по сцеплению

Скорость V, км/ч	0	5	10	15	20	25	30
	0,3	0,272	0,251	0,236	0,223	0,213	0,205
Fк.сц, кН	386,765	350,682	324,22	303,985	288,009	275,077	264,394



Рис. 3.1 Тяговая характеристика тепловоза с электропередачей



4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

В курсовой работе выбирается индивидуальное опорно-осевое или рамное подвешивание тяговых двигателей, при котором каждая колесная пара тепловоза через зубчатый редуктор связана с отдельным электродвигателем.

При опорно-осевом подвешивании размеры ТЭД ограничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колесных пар (1440 мм.) и наименьшим расстоянием от корпуса двигателя до головки рельса б (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Эскиз опорно-осевого подвешивания ТЭД

Чтобы увеличить расстояние а (габариты двигателя), ось ТЭД размещают несколько выше оси колесной пары.

Для тепловозных двигателей размер X выбирается в пределах 20 - 40 мм. Выбираем для расчёта Х равным 20 мм.

Частота вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме n_н,мин^-1, и соответствующая скорость тепловоза Vp, км/ч, связаны выражением:

(4.1)

Где i = 5.3 - передаточное отношение тягового редуктора;

D_к = 1050 - диаметр бандажа колесной пары по кругу катания, мм.

Передаточное отношение тягового редуктора (ТР),

, (4.2)

Где D₃, Z₃ и d₃, z₃ - диаметры делительных окружностей и число зубьев большого и малого зубчатых колес редуктора соответственно.

В формуле (4.2) необходимо i принимать как можно большим, так как при этом будут наибольшей частота вращения и наименьшим крутящий момент М_н, следовательно, наименьшие размеры и масса двигателя.[1, стр.18].

Диаметр делительной окружности зубчатого колеса, мм,

D₃ = D_к - 2(h' + h"), (4.3)

Для локомотивных тяговых редукторов h' ? 120 мм, h" = 20 - 25 мм.

D₃ = 1050 - 2·(150 + 23) = 704 мм

Предварительно величину d₃ определяют, задавшись iтягового редуктора, мм:

(4.4)

Номинальный момент на валу ТЭД определяют по формуле, кН•м:

(4.5)

Где = 0,985 - КПД тягового редуктора.

Значение передаточного числа i = Z₃/z₃ уточняют, при этом Z₃ ? 15. Z₃ и z₃ должны быть целыми и по возможности взаимно простыми,

(4.6)

(4.7)

Z₃ = 704/12 = 58,667 = 59

Централь при обычно применяемой коррекции зацепления тягового редуктора (для зубчатого колеса о_K = 0, для шестерни о_K = +0,5),

(4.8)

Централь должна быть согласована с диаметром якоря двигателя, мм,

(4.9)

гдеk_я = 600 - коэффициент Шенфера [1, стр. 19].

Удовлетворительное вписывание ТЭД в заданные габариты под тепловозом обеспечивается, если

D_я ? 1,15 Ц.(4.10)

Условие (4.10) выполняется: 496 мм < 511 мм.

Диаметр якоря D_Я принимаем 496 мм [1, стр. 19]. Чем больше D_Я, тем значительнее воздействие центробежных сил на якорную обмотку, поэтому D_Я проверяют по максимальной окружной скорости якоря V_яmax при конструкционной скорости локомотива:

(4.11)

(4.12)

Максимальная окружная скорость получилась равной допустимому значению: 58.698 ? 70 м/с, следовательно, выполняется условие [1, стр. 19].

Высота (ширина) корпуса двигателя, мм,

(4.13)

Расстояние от корпуса двигателя до головки рельса, мм,

(4.14)

Окончательно определяют частоту вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме, мин^-1:

(4.15)



5. РАЗРАБОТКА СИЛОВОЙ СХЕМЫ ТЕПЛОВОЗА

При вычерчивании принципиальной схемы силовой цепи тепловоза, за основу принимаем электрическую схему одного из тепловозов с электрической передачей c параллельным соединением.

Рис. 5.1 Силовая схема тепловоза с параллельным соединением ТЭД



6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ДВИГАТЕЛЯ

6.1 Расчет приведенного объема и длины якоря электродвигателя

Приведенный объем якоря:

(6.1)

Где l_Я - длина сердечника якоря, см;

б = 0,67 - коэффициент полюсного перекрытия;

А = 463 А/см - линейная нагрузка якоря;

В_д = 0,95 Тл - расчетная магнитная индукция в воздушном зазоре.

Длина сердечника якоря:

(6.2)

Для тепловозных тяговых электродвигателей, см:

l_Я ? 48,0. (6.3)

Полученная длина сердечника якоря удовлетворяет условию (6.3)

46,866 см < 48,0 см.

Полюсное деление якоря:



; (6.4)

Где 2р = 4 - число главных полюсов.

Зазор под центром полюса:

(6.5)

Зазор под краем полюса рекомендуется принимать д_К ? 2 д.

д _К = 2·0,744 = 1,488 мм.

6.2 Расчет обмотки якоря и размеров паза

В курсовой работе принимаем простую петлевую двухслойную обмотку якоря и число главных полюсов 2р = 4.

В этом случае число параллельных ветвей обмотки равно числу полюсов: 2а = 2р, а ток в параллельной ветви определяется по формуле, А:

(6.6)

Число проводников обмотки якоря (предварительно),

(6.7)

Так как при двухслойной обмотке с каждой коллекторной пластиной связаны два проводника обмотки якоря, то число коллекторных пластин,

(6.8)

K = 434,537/2 = 217.269

Найденное число коллекторных пластин проверяется по допустимому среднему напряжению между ними при максимальном напряжении на зажимах тягового электродвигателя, В:

, (6.9)

где;

Условие (6.9) выполняется, расчётное значение максимального напряжения на зажимах тягового электродвигателя выполнено правильно.

Предварительно оценивается диаметр коллектора:

D_k = 0,8496 = 396,8 (6.10)

Определяется коллекторное деление:

(6.11)

Значение не должно быть меньше 4 мм ( мм).

Полученное значение коллекторного деления больше 4 мм, следовательно, расчёт выполнен верно.

Число пазов якоря Z_n выбираем по кривой (рис. 6.1). По условиям симметрии отношение Z_n/2p должно быть целым числом, а для снижения амплитуды пульсации магнитного потока в воздушном зазоре ТЭД - четным, не делящимся на четыре.

Рис. 6.1 Зависимость числа пазов и линейной нагрузки якоря ТЭД от DЯ

Принимаем Z_n = 54.

Число коллекторных пластин на паз S_K = K/Z_n должно быть целым (для тепловозных ТЭД S_K = 3 - 6). Число пазов уточняется проверкой объема тока в пазу: 2S_k? 1800 А.

Если все вышеперечисленные условия достигнуты, определяется окончательное число проводников обмотки якоря:

, (6.12)

где- число проводников на паз;

.

Линейная нагрузка (окончательно):

(6.13)

Размеры паза оказывают большое влияние на степень использования активного слоя якоря и двигателя в целом. Их можно определить, зная размеры проводника, число слоев и толщину изоляции.

Для определения сечения проводника якоря следует задаться значением фактора нагрева, являющегося произведением линейной нагрузки на плотность тока в проводнике (Aj_Я, А²/(см•мм²)).

Для тепловозных тяговых электрических машин

Aj_Я = 2500 - 4500 А²/(см•мм²),

j_Я = 5 - 7 А/мм².

Тогда:

(6.14)

(6.15)

Площадь сечения проводника обмотки якоря, мм²:

Размеры проводника должны быть подобраны так, чтобы отношение высоты паза к ширине h_П/b_П = 3 - 5. Если высота проводника больше 10 - 12 мм. Для уменьшения дополнительных потерь в якоре принимают два проводника по 0,5q_Я, укладываемых по высоте паза.

В курсовой работе принимаем изоляцию класса нагревостойкости F, допускающую максимальное превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха на 140°С.

Практически площадь сечения проводника получается комбинацией любых двух размеров - высоты и ширины обмоточной прямоугольной меди (мм) в нижеприведенном ряду:

0,90	1,56	2,63	4,40	6,90	10,80	16,00
1,01	1,68	2,83	4,70	7,00	11,00	16,80
1,08	1,81	3,05	5,10	7,40	11,60	18,00
1,16	1,95	3,28	5,50	8,00	12,50	19,50
1,25	2,10	3,53	5,90	8,60	13,50	22,00
1,35	2,26	3,80	6,40	9,30	14,50	25,00
1,45	2,44	4,10	6,50	10,0	15,60	28,00

Принимаем ширину проводника , следовательно, высота проводника будет равняться .

В этом случае обмотка якоря выполняется из провода марки ПЭТВСД с эмале-волокнистой витковой изоляцией толщиной 0,1 мм одним слоем в полуперекрышу (двусторонняя толщина изоляции проводника - 0,4 мм).

Корпусная изоляция является основной и зависит от максимального напряжения тягового генератора. Она выполняется из стеклослюдинитовой ленты ЛСФЧ толщиной 0,1 мм. При напряжении относительно корпуса до 750В наматывается 2,5 слоя изоляции вполуперекрышу. В этом случае полная двусторонняя толщина изоляции составит 1,0 мм (0,1·2,5·2·2).

При напряжении относительно корпуса до 1000 В (но более 750 В) корпусная изоляция наматывается в 3,5 слоя в полуперекрышу. В этом случае полная двусторонняя толщина изоляции составит 1,4 мм (0,1·3,5·2·2).

Покровная изоляция защищает корпусную от механических повреждений. Независимо от напряжения ее выполняют одним слоем вполуперекрышу из стеклоленты толщиной 0,15 мм.

Рис. 6.2 Сечение паза якоря с уложенными в нем проводниками

Учитывают необходимость прокладок из миканита толщиной 0,5 мм, закладываемых на дно, между сторонами катушек и под клин. Предусматривается место по высоте паза (6-8 мм) для клина. Зазор на укладку по высоте паза принимают равным 0,15 - 0,20 мм, по ширине - 0,2 - 0,3 мм.

Ширина и высота паза соответственно, мм:



Далее определяются размеры зубцового слоя якоря.

Ширина зубца у основания, мм:

(6.16)

Ширина зубца на высоте 1/3 h_z от его основания, мм:

(6.17)

Сечение паза якоря с уложенными в нем проводниками изображено на (рис. 6.2).

Зубцовый шаг, рассчитываем по формуле, мм:

По внешнему диаметру якоря:

(6.18)

По дну паза:

(6.19)



На 1/3 высоты зубца от основания:

(6.20)

Для окончательного суждения о правильности выбранных размеров проводника и паза якоря определяется магнитная индукция в сечении зубца на 1/3 его высоты, считая от основания. Расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока, м²:

(6.21)

гдеб = 0,67 - коэффициент полюсного перекрытия;

k_и = 0,97 - коэффициент, учитывающий изоляцию листов пакета якоря из электротехнической стали марки 1312.

Основной магнитный поток машины, Вб,

(6.22)

Где U_дн = 483,33 В - напряжение ТЭД в длительном режиме (определяется в соответствии со схемой присоединения двигателей к тяговому генератору);

0,96 U_дн = Е - ЭДС машины в продолжительном режиме, В;

n_н = 534,46 мин^-1- частота вращения якоря в продолжительном режиме.

Магнитная индукция в сечении зубца на 1/3 высоты паза, Тл:

(6.23)

Индукция B_Z1/3 не должна превышать значений, приведённых на (рис. 6.3).

Рис. 6.3 Зависимость Вz1/3 от частоты перемагничивания f зубца

Полученная индукцияB_Z1/3находится в доверительном интервале согласно рисунку 6.3, следовательно, расчёт по формуле (6.23) выполнен верно.

электромагнитный регулировочный тяговый генератор локомотив



6.3 Выбор числа, размеров щеток и установление рабочей длины коллектора

Число щеткодержателей принимается равным числу полюсов: 2р_щ = 2р. Плотность тока под щеткой j_щ принимается в пределах 11 - 15 А/см². Для расчётов выбираем 11 А/см².

Площадь соприкосновения одного щеткодержателя с коллектором, см²,

(6.24)

Задаваясь значением щеточного перекрытия г = S_к+ 0,5 определяются ширина и длина щётки, см:

г = 4,0 + 0,5 = 4,5 ,

(6.25)

Щётки ТЭД имеют ширину 10; 12,5; 16; 20 и 25 мм соответственно и длину 32, 40 и 50 мм. Количество щёток в одном щёткодержателе n_щ выбирают в пределах 2-4. В расчётах приняли 2 шт.

(6.26)

Принимаем l_щ = 4 см.

Полная длина коллектора,

(6.27)

Тогда:

(6.28)

(6.29)

По условиям прочности коллектор проверяется на максимальную окружную скорость, м/с:

(6.30)

Максимальная окружная скорость входит в допустимый интервал [1, стр. 28].

50,678 м/с ? 55 м/с.



7. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ДВИГАТЕЛЯ

Расчет магнитной системы выполняется для определения размеров магнитопровода и параметров катушек главных и дополнительных полюсов.

Магнитная цепь состоит из пяти участков: (сердечника (ярма) якоря, зубцового слоя якоря, воздушного зазора, сердечников главных полюсов и ярма (спинки) остова), соединенных последовательно, в каждом из которых магнитная индукция принимается постоянной по длине участка.

Активная длина железа якоря определяется из условия допустимой магнитной индукции B_Z1/3в самом напряженном участке магнитопровода, которым является зубцовый слой, м:

(7.1)

Магнитную индукцию в сечении зубца на 1/3 высоты паза выбирают по рис. 6.3 в зависимости от частоты перемагничивания зубца (f = pn_н/60).

Полученное значение l_я не должно превышать 0,49 - 0,52 м для односторонней передачи и 0,42 - 0,45м - для двусторонней. Если значение l_я выходит за указанные пределы, то необходимо увеличить B_Zl/3, при этом увеличатся потери в стали и снизится КПД машины.

Номинального крутящего момента на валу ТЭД, Н•м:

(7.2)

гдез_тэд - 0,90 - КПД тягового двигателя (предварительный).

Так как номинальный крутящий момент меньше 6800 Н·м, то принимаем одностороннюю передачу [1].

Длина стального пакета якоря l_Я проверяется по допустимой индукции в воздушном зазоре B_д. которая не должна превышать 1,1 Тл (11000 Гс):

(7.3)

Где ф - полюсное деление, м:

(7.4)

Полученная индукция воздушного зазора не превышает допустимую величину, следовательно, расчёт осуществлен верно.

По окончательно принятой длине l_Я определяется сечение участков магнитопровода с учетом того, что общая длина ТЭД при односторонней зубчатой передаче не может быть больше 1,135 - 1,185 м, а при двусторонней - 1,05 - 1,10 м.

Сечение воздушного зазора, через который проходит магнитный поток, м²:

(7.5)

Сечение сердечника якоря (без учета зубцового слоя), м²:

(7.6)

Где h_Я - активная высота сечения сердечника (ярма) якоря, м;

k_С = 0,97 - коэффициент заполнения сердечника сталью.

(7.7)

Где В_Я = 1,4 - 1,6 Тл - допустимая индукция в железе якоря.

Сечение Q_я загружено половинным значением Ф_о, так как магнитный поток полюса в сердечнике якоря разветвляется, замыкаясь на соседние полюса противоположной полярности.

Активная высота сердечника якоря увеличивается при наличии вентиляционных каналов диаметром d_K, которые расположены в n_к рядах в шахматном порядке. Расстояние между центрами вентиляционных каналов должно равняться (2,5 - 3,0)·d_K. Диаметр каналов d_K принимают равным 0,02 м, число рядов n_К = 2. При указанном расположении вентиляционных каналов связь между конструктивной h'_яи активной h_я высотами сечения сердечника якоря определяем формулой:

(7.8)

Внутренний диаметр сердечника якоря, мм:

(7.9)

Окончательно в (7.6) подставляется значение h'_Я и определяются сечение сердечника якоря и магнитная индукция в сердечнике, Тл:

(7.11)

Полученная магнитная индукция в сердечнике меньше допустимого значения: 1,5 Тл ? 1,6 Тл.

Сечение полюсного сердечника Q_m определяется по допустимой индукции B_m. Для тепловозных ТЭД принимают В_m = 1,5 - 1,7 Тл. (В расчётах приняли 1,7 Тл) Длина сердечника главного полюса l_m = l_Я, ширина b_m зависит от рассеяния магнитного потока, которое учитывается коэффициентом магнитного рассеяния у = 1,15:

(7.12)

.

Где 0,95 - коэффициент, учитывающий заполнение сердечника полюса сталью.

Окончательно сечение полюсного сердечника рассчитывается по выражению, м²:

(7.13)

Переход сердечника полюса в полюсный наконечник, образующий заплечики, на которые опирается катушка намечают так, чтобы расстояние было равным Д = 4 - 6 мм.

Высоту сердечника полюса h_mпринимают предварительно равной значению (0,2 - 0,25)·ф. Окончательно h_mопределяется по условию размещения на сердечнике катушки главного полюса, когда будут установлены ее размеры.

Выбрав значение индукции в станине B_S (для тепловозных тяговых электродвигателей B_S = 1,4 - 1,6 Тл (в расчётах приняли B_s = 1,6 Тл), определяют сечение станины Q_S:

(7.14)

Толщина остова у главного полюса определяется по формуле, м:

(7.15)



У дополнительного полюса:

(7.16)

Рис. 7.1 Эскиз магнитной цепи ТЭД (1:4)

Толщина круглого остова (шестиполюсный ТЭД):

(7.17)

Для создания расчетного магнитного потока Ф_О необходима намагничивающая сила (н.с.) катушки полюса F, способная провести Ф_О по всему магнитопроводу. Вначале определяется н.с. каждого участка, а по (рис. 7.1), принимают длины магнитных линий для соответствующих пяти участков:

- станина L_s = 0,29 м;

- якорь L_я = 0,085 м;

- сердечник главного полюса L_m = 0,077м;

- высота зубцового слоя L_z = 0,052 м.

По таблицам намагничивания [1, прил. 1,2,3] находят напряженность магнитного поля и, умножая ее на длины соответствующих участков L, определяют магнитные напряжения (н.с.):

(7.18)

;

;

;

.

Намагничивающая сила воздушного зазора, А:

(7.19)

Где м_О = 1,25 - магнитная проницаемость воздуха;

k_д - коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение пути магнитного потока вследствие зубчатого строения якоря;

д = 0,01D_Я - воздушный зазор; В_д = 1,1 Тл.

Коэффициент воздушного зазора:

(7.20)

Полная н.с. катушки ?F_X.X, необходимую для проведения Ф_О при работе машины без нагрузки, определяется суммированием н.с. всех участков магнитной цепи, А:

(7.21)

При работе двигателя под нагрузкой на магнитный поток оказывает размагничивающее действие реакция якоря, поэтому н.с. полюсной катушки, А:

(7.22)

Где k_p - коэффициент, учитывающий долю н. с. реакции якоря, воздействующей на главное поле машины (ориентировочно можно принять k_p = 0,12);

F_p.я - полная н.с. реакции якоря, А:

(7.23)

Число витков и сечение проводника катушки возбуждения определяются по току возбуждения, А:

(7.24)

Где a_m - число параллельных ветвей обмотки возбуждения (рекомендуется при I_дн ? (700-750) А принимать а_m = 1, а при больших токах нагрузки - а_m = 2). В курсовой работе принимаем а_m = 1, тогда:

Число витков катушки главного полюса,

(7.25)

Площадь сечения проводника определяется по допустимой плотности тока:

(7.26)

где j_B = 4,0 - 7,5 А/мм²,

Полученное значение сравнивается с табличными данными и округляется в большую сторону до одного из размеров.

Намотка катушки главного полюса осуществляется в два ряда плашмя (на широкую грань) так, чтобы оба вывода были снаружи катушки. Между витками находится миканитовая прокладка толщиной 2 мм.

Изоляция между витками осуществляется с помощью прокладок из асбестовой бумаги толщиной 0,35 мм, высота которых превышает высоту меди на 1 мм, что предупреждает перекрытие между витками. Сверху вся катушка имеет покровную изоляцию толщиной 0,15 мм, намотанную в один слой вполуперекрышу. Размеры проводников и их расположение подбирают таким образом, чтобы расстояние между катушками главных и дополнительных полюсов составляло 12-15 мм.

При расчете размеров катушки необходимо учесть, что толщина пружинного фланца, крепящего катушку, у главных полюсов составляет 3 мм, у дополнительных - 2 мм, толщина немагнитных прокладок между сердечниками дополнительных полюсов и остовом - 3-4 мм.

По результатам компоновки катушки и главного полюса окончательно уточняется высота его сердечника h_m.

Параметры дополнительного полюса приближенно определяются по значению н.с. F_p.я. Магнитный поток их должен компенсировать реакцию якоря и создавать коммутирующий поток для компенсации реактивной ЭДС коммутирующих секций якорной обмотки.

В результате намагничивающую силу дополнительного полюса определяют по формуле, А:

(7.27)

Учитывая последовательное соединение дополнительных полюсов между собой и с якорем, можно принять i_Д.П = I_Д, тогда число витков,

(7.28)



Площадь сечения проводника дополнительного полюса, мм²,

(7.29)

Где Дi_{Д. П} = 4,0-8,0 - плотность тока в проводнике катушки, А/мм². Принимаем Дi_{Д. П} = 4 А/мм².

Сечение меди катушки дополнительного полюса и ее изоляции можно принять такими же, что и для главного. Магнитная цепь дополнительного полюса состоит из сердечника полюса, якоря, остова и двух зазоров: между наконечником полюса и якорем, и сердечником полюса, и остовом. Второй зазор заполняют диамагнитными прокладками, которые позволяют изменять величину магнитного сопротивления, а, следовательно, и коммутирующую ЭДС. Оптимальную величину второго зазора подбирают на основании результатов коммутационных испытаний тяговых электродвигателей. Намотка витков катушки обычно осуществляется «на ребро» (на узкую грань). Длина сердечника по оси машины принимается равной активной длине якоря: l_Д.П = l_Я. Ширина сердечника дополнительного полюса b_Д.Пm ? (1,1 - 1,5)·t_Z = 0,031 м. Воздушный зазор под дополнительным полюсом д_Д.П = (1,5 - 2,1)·д = 0,007 м.

Сопротивление обмотки главных полюсов определяют по формуле, Ом:

при 20°С -

(7.30)

Где l_В - средняя длина витка катушки главного полюса, м,

(7.31)

Где b_K = 70 - ширина катушки, мм;

при 100°С

(7.32)

Сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом:

при 20°С

(7.33)

где - средняя длина витка катушки дополнительного полюса, м.

Средняя длина витка катушки дополнительного полюса, м,

(7.34)

Где b_к.д.п = 30 ширина катушки дополнительного полюса, мм;

при 100°С

(7.35)

Сопротивление якорной обмотки, Ом,

(7.36)

Где q_Я = 27,67 мм- сечение проводника;

- длина обмотки якоря;

- средняя длина одного проводника, включая лобовые части.



8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЭД

КПД электродвигателя:

(8.1)

где ?ДР - сумма потерь в электродвигателе, Вт.

,

Электрические потери в меди, Вт:

(8.2)

Переходные потери в контакте между щетками и коллектором, Вт:

(8.3)

Где ДU_щ = 2 - 3 - падение напряжения под щетками обеих полярностей, В. В курсовой работе принимаем ДU_щ = 3 В:

Потери в стали, Вт:

(8.4)

Где Др_Я и Др_Z - соответственно удельные потери в стали сердечника и зубцах якоря, Вт/кг;

G_Я и G_Z - массы соответственно сердечника и зубцов якоря, кг.

При расчёте ДР_Z и ДР_Я необходимо помнить о том, что удельные потери одновременно зависят от частоты перемагничивания стали и магнитной индукции зубцов и ярма.

Удельные потери в стали сердечника и зубцах якоря, Вт/кг:

(8.5)

(8.6)

Массы соответственно сердечника и зубцов якоря, кг:

(8.7)

Где m'_к = 43 - количество вентиляционных каналов;

k_С = 0,97- коэффициент заполнения сердечника сталью;

7,8•10^-3 - плотность стали, кг/см³.

(8.8)

Добавочные потери ДР_доб определяются в долях потерь в стали в зависимости от тока двигателя по (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Таблица для определения добавочных потерь

IД/IДН	0,20	0,60	0,80	1,00	1,30	1,60	2,00
ДPдоб/ ДPст	0,22	0,23	0,26	0,30	0,33	0,48	0,65

(8.9)

Механические потери,

(8.10)

Где ДР_тр.щ - потери на трение щеток о коллектор, Вт,

(8.11)

Где Q_Щ = 2372 мм² - суммарная площадь соприкосновения щеток с коллектором;

V_К - окружная скорость коллектора;

ДР_подш - потери на трение в подшипниках, Вт.

Потери на трение в подшипниках, Вт,

(8.12)

Сумма потерь в ТЭД, Вт:

?ДP = ДР_м + ДР_пер + ДР_ст + ДР_доб + ДР_мех; (8.13)

?ДP = 19740 + 1328 + 4350 + 1305+ 1728 = 29230 Вт.

Мощность, получаемая ТЭД от ТГ, Вт:

, (8.14)

Вт.

Мощность на валу ТЭД, Вт:

Р_Д = ДР_ДП - ?ДP ,(8.15)

Р_Д = 311300 - 28450 = 282900 Вт = 282,9 кВт.



9. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЭД

9.1 Характеристики намагничивания и нагрузочная

Магнитная характеристика (характеристика холостого хода) строится для нескольких значений магнитного потока Ф_О: 0,5; 0,8; 1,0; 1,15. При этом определяется намагничивающаяся сила, необходимая для проведения данного потока по магнитопроводу. Сечение участков магнитопровода и их длина выбирается из (разд. 7). Расчеты оформляются в виде (табл. 9.1).

По результатам (табл. 9.1) строится характеристика холостого хода (рис. 9.1, кривая 1). Воздействие магнитного потока якоря на поток главных полюсов называется «реакцией якоря». Для двигателя последовательного возбуждения каждому значению магнитного потока соответствует совершенно определенное значение реакции якоря. Построение нагрузочной характеристики ТЭД можно с достаточной степенью точности проводить, используя характеристику холостого хода. Расчет сводится к определению той добавочной н. с. главных полюсов, которая требуется для получения такой же ЭДС при нагрузке, что и при холостом ходе.

Размагничивающей машины является некоторая доля намагничивающей силы реакции якоря F'_P.Я, значение которой зависит от степени магнитного насыщения сердечников главных полюсов:

,(9.1)

где k_Р - коэффициент размагничивания, который находится по графику [1, рис. 10.2].

По оси абсцисс на графике магнитной характеристики (рис. 9.1.) F'_P.Я откладывается вправо от соответствующего значения F_X.X при выбранном магнитном потоке; полученная точка принадлежит нагрузочной характеристике.

По (9.1) подсчитываем F'_P.Я и определяем F_B - сопоставляем полученное при этом значение F_B с принятым ранее - для нахождения k_Р. При расхождении вычисленного и принятого значений F_B повторяем расчет k_Р и вычисление F_B.

Таблица 9.1

Расчёт характеристики намагничивания

Участок	Длина L, см	Площадь Q, м2	Расчётные значения при различных Фо по участкам магнитопровода
			0,5Фо = 0,057	0,8Фо = 0,091	Фо = 0,114	1,15Фо = 0,131
			B	H	F	B	H	F	B	H	F	B	H	F
Воздушный зазор	0,01	0,126	0,451	-	2187	0,721	-	3497	0,901	-	4368	1,04	-	5044
Зубцовый слой	5,18	0,052	1,08	6,9	35,742	1,74	104	538,72	2.17	643	3331	2,49	1610	8340
Якорь	8,48	0,041	0,8	4	33,92	1,28	11,9	100,91	1,6	49	415.52	1,84	171	1450
Полюс	7,74	0,082	0,8	4,1	31,734	1,28	10,1	78,17	1,6	40	309.6	1,84	141	1091
Станина	29	0,041	0,8	3,2	92,8	1,28	13,4	388,6	1,6	51	1479	1,84	134	3886
Суммарная намагничивающая сила ?Fх.х		2381			4603			9905			19810
Расчётная величина Fв = 1,12Fх.х		2667			5156			11090			22190
Ток возбуждения iв = Fв/щг.п, А		156,9			303,27			652,5			1305

Нагрузочная характеристика при ослабленном возбуждении расположится несколько ниже, так как при одних и тех же значениях I_Д значения магнитного потока будут меньше.

Таблица 9.2

Расчёт нагрузочной характеристики

Ф0, Вб	?Fхх, А	ВZ1/3, Тл	Iд, А	Fря, А	Fря/Fв	Kр	F'ря, А	Fв, А
0,5Ф0 = 0,057	2381	1,08	322,1	4483	1,681	0,03	134,5	2667
0,8Ф0 = 0,091	4603	1,74	515,3	7172	1,391	0,05	215,17	курсовая работа "Передачи мощности подвижного состава" скачать Подобные документы Проектирование электрической передачи локомотива Методика расчета и выбора основных параметров, характеристик, принципиальных схем электрической передачи по расчетным характеристикам и справочных данных серийных тяговых электрических машин. Выбор расчетных значений силы тяги и скорости локомотива. курсовая работа [2,1 M], добавлен 06.01.2013 Расчет питающей электрической сети Расчет мощности наиболее загруженной обмотки трансформатора. Определение напряжения, приведенных нагрузок подстанций, выбор проводников линии электропередачи. Уточнение распределения мощностей в сети для расчетных режимов с учетом потерь мощности. курсовая работа [830,5 K], добавлен 04.04.2015 Електричні передачі локомотивів Основні параметри передачі. Вольт-амперна характеристика тягового генератора. Розробка силової схеми тепловоза, приведеного об'єму тягового електродвигуна, обмотки якорів і розмірів паза. Гальмівні характеристики електричної передачі потужності тепловоза. курсовая работа [858,8 K], добавлен 04.05.2014 Расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик. Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя. Определение индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов. Определение параметров привода и построение. контрольная работа [4,3 M], добавлен 06.02.2016 Устойчивость электрических систем Расчет параметров схемы замещения в относительных единицах. Определение электродвижущей силы генератора и соответствующих им фазовых углов. Расчет статической устойчивости электрической системы. Зависимость реактивной мощности от угла электропередачи. курсовая работа [941,9 K], добавлен 04.05.2014 Проектирование районной электрической сети 220/110 кВ Построение вариантов схемы электрической сети. Предварительный расчет потоков мощности. Выбор номинальных напряжений для кольцевой сети. Определение сопротивлений и проводимостей линий электропередачи. Проверка сечений по техническим ограничениям. курсовая работа [515,7 K], добавлен 29.03.2015 Проектирование и анализ работы вентильных преобразователей электрической энергии Расчёт и выбор элементной базы силовой схемы вентильного преобразователя. Построение регулировочных и внешних характеристик вентильного преобразователя. Разработка электрической схемы для управления силовыми полупроводниковыми ключами преобразователя. курсовая работа [3,2 M], добавлен 12.07.2012 Расчет и выбор мощности электродвигателя, построение и анализ его механической характеристики Расчет и определение режимов работы двигателя. Выбор мощности двигателя для продолжительного режима работы с повторно-кратковременной нагрузкой, проверка на перегрузочную способность, пусковые условия. Вычисление потребляемой мощности, расшифровка марки. контрольная работа [248,7 K], добавлен 07.02.2016 Расчет системы тягового электроснабжения участка Аячи – Уруша Забайкальской железной дороги Оптимизация интервалов при пропуске поездов повышенной массы. Анализ и расчет режимов работы системы тягового электроснабжения участка Аячи – Уруша Забайкальской железной дороги. Определение параметров реактивной мощности установки емкостной компенсации. дипломная работа [2,5 M], добавлен 08.06.2017 Проектирование сетевого района Выбор конфигурации электрической сети, определение потока мощности и выбор напряжения. Структурные схемы соединений подстанций, выбор числа и мощности трансформаторов. Расчет параметров режимов работы электрической сети, технико-экономические показатели. дипломная работа [3,4 M], добавлен 24.01.2016 Расчет электрического фильтра Построение электрической схемы фильтра, графиков частотной зависимости входного сопротивления и карты полюсов и нулей. Нахождение комплексной функции передачи. Определение основных параметров импульсной и переходной характеристик электрической цепи. контрольная работа [568,0 K], добавлен 28.09.2015 Расчет режимов работы электрических сетей Расчет трансформаторных подстанций, воздушных линий электропередач и кольцевой схемы. Определение потерь напряжений на участках линий, КПД электрической сети для режима наибольших нагрузок. Выбор положения регулировочных ответвлений трансформаторов. курсовая работа [1,1 M], добавлен 17.05.2015 Определение предела мощности генератора Определение параметров схемы замещения, потоков мощностей и напряжений в узлах. Расчет действительного предела мощности генератора. Вычисление динамической устойчивости электрической системы при трехфазном и двухфазном на землю коротких замыканий. курсовая работа [649,5 K], добавлен 11.02.2015 Расчет трехфазной электрической цепи Составление баланса активной и реактивной мощностей генератора и нагрузки. Проверка его выполнимости для симметричного и несимметричного режимов. Расчет фазного и линейного напряжения и мощности генератора. Построение топографической диаграммы токов. контрольная работа [374,5 K], добавлен 16.05.2015 Выбор основных параметров и анализ режимов электропередачи Проектирование электропередачи переменного тока сверхвысокого напряжения с одной промежуточной подстанцией для транспорта электрической энергии от удалённой гидроэлектростанции. Технически возможные варианты схемы электропередачи, расчет лучшего варианта. курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.09.2010 Определение характеристик энергетических установок Определение коэффициента полезного действия и расхода топлива для парового котла. Расчет параметров режимов гидравлической турбины, линии электропередачи. Потери активной мощности при различных напряжениях. Расчет элементов теплофикационной системы. контрольная работа [806,7 K], добавлен 17.03.2013 Расчет параметров системы тягового электроснабжения Выбор расстояния между тяговыми подстанциями, принципы их размещения. Расчет мощности понизительных трансформаторов на подстанции. Выбор сечения проводов контактной сети. Определение тока поездов на элементах профиля пути. Расчет напряжения на перегоне. курсовая работа [215,2 K], добавлен 27.08.2012 Проект электрической сети с номиальным напряжением 110-220 кВт Методика определения расчетных нагрузок. Составление и выбор целесообразных вариантов схем электрической сети. Определение распределения мощности по участкам. Выбор сечения проводов и трансформаторов для питающих узлов. Уточненный расчет режимов сети. курсовая работа [337,7 K], добавлен 20.11.2013 Электроснабжение объекта Определение расчетных нагрузок по элементам участка сети, распределительной линии. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов, схемы питания и потребителей. Выбор конструктивного исполнения и схемы соединений. Расчет токов короткого замыкания. дипломная работа [345,7 K], добавлен 05.11.2013 Выбор электродвигателя для вертикального подъемника Определение приведенного момента нагрузки. Определение расчетной мощности и выбор электродвигателя, построение его пусковой диаграммы. Определение числа и расчет величины пусковых резисторов. Типы и особенности использования вентиляционных установок. курсовая работа [227,5 K], добавлен 14.02.2014 Другие документы, подобные "Передачи мощности подвижного состава" главная рубрики по алфавиту вернуться в начало страницы вернуться к началу текста вернуться к подобным работам Рубрики По алфавиту Закачать файл Заказать работу весь список подобных работ скачать работу можно здесь сколько стоит заказать работу? Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу. © 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены