Расчёт тягового электродвигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчёт тягового электродвигателя



Содержание

1. Расчет размеров ТЭД и параметров передачи

1.1 Определение основных размеров

1.2 Расчет параметров тягового редуктора

2. Электрический расчет якоря ТЭД

2.1 Выбор числа полюсов и типа обмотки якоря

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря и уравнительных соединений, размеров проводников, паза и зубца

2.3 Расчет коллекторно-щеточного узла

3. Расчет магнитной цепи ТЭД

3.1 Разработка эскиза магнитной цепи

3.2 Определение размеров участков магнитной цепи

3.3 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи и общей МДС холостого хода

3.4 Расчет добавочных полюсов и параметров коммутации

3.5 Расчет размеров и параметров катушек главных и добавочных полюсов

3.6 Расчет и построение характеристик намагничивания, нагрузочных и электромеханических

4. Расчет массы и технико-экономических показателей ТЭД

Заключение

Список использованных источников



1. Расчет размеров ТЭД и параметров передачи

1.1 Определение основных размеров

Размеры машины, ее масса, эксплуатационные и экономические показатели зависят в основном от главных размеров машины, а именно, от диаметра и длины сердечника якоря. Указанные размеры можно определить с помощью выражения "приведенного объема":

, (1)

где бф - коэффициент полюсного перекрытия, учитывающий потери полюсной дуги в связи с размещением добавочных полюсов; принимаем [3] aф = 0,7;

Bд - индукция в воздушном зазоре, Тл; принимаем [3] Bд = 1 Тл;

A - линейная нагрузка, А/см; принимаем [3] A = 590 А/см;

Pн - мощность ТЭД в продолжительном режиме, кВт; Pн = 700 кВт;

Vн - скорость движения электровоза в продолжительном режиме, км/ч;

Vн = 54 км/ч;

Vmax - конструкционная скорость, км/ч; Vmax = 122 км/ч;

Vamax - максимальная окружная скорость якоря, м/с; принимаем [4]

Vamax = 80 м/с.

м2.

ГОСТом установлен нормативный ряд диаметров якоря, исходя из минимальных отходов при штамповке листов сердечника якоря.

Исходя из данного ряда, принимаем, м

Da = 0,66 м.

Задавшись диаметром якоря, определяем длину якоря la, м

; (2)

м.

Частоту вращения якоря найдем по формуле nн, об/мин

; (3)

об/мин.

Вращающий момент двигателя в номинальном режиме Mн, Н•м

; (4)

Н•м.

1.2 Расчет параметров тягового редуктора

Передаточное число зубчатой передачи мж определяется из условия получения конструкционной скорости локомотива при максимально возможной окружной скорости якоря двигателя

, (5)

где D0 - диаметр ведущих колес, м; D0 = 1,25 м.

.

Теперь необходимо проверить возможность реализации передаточного числа. Для этого определяем максимальное передаточное число мmax

, (6)

где Dzmax - максимальный диаметр зубчатого колеса, м;

dzmin - максимальный диаметр шестерни, м.

, (7)

где b - зазор между низшей точкой кожуха редуктора и головкой рельса, м;

b = 0,15 м;

Д - зазор между делительной окружностью зубчатого колеса и кожухом редуктора, м; Д = 0,025 м;

м.

Максимальное число зубьев Zmax

, (8)

где m - модуль зубчатого зацепления, м; принимаем m = 0,01 м.

.

Принимаем минимальное число зубьев Zmin = 20. Максимальное число зубьев Zmax, примем равным 91, тогда

.

Окончательно принимаем m = 0,01 м, Zmin = 20, Zmax = 91.

В рассчитываемом двигателе с опорно-рамным подвешиванием применяем двухстороннюю зубчатую передачу с косозубыми колесами.

Централь зубчатой передачи Ц, м

, (9)

где ц - угол спирали, ц =20 град; принимаем cos 20° = 0,94;

м.

После этого проверяем увязку централи и диаметра якоря. При 2р = 6 и круглом остове

; (10)

м;

м.



2. Электрический расчет якоря ТЭД

2.1 Выбор числа полюсов и типа обмотки якоря

Количество главных полюсов влияет на технико-экономические показатели ТЭД и поэтому при выборе следует проделать всесторонний анализ и оценку влияния различных факторов.

При переходе на число полюсов 2р = 6 предоставляется возможным:

1. Уменьшить толщину остова и сечение сердечника якоря, так как магнитный поток на один полюс уменьшается в 1,5 раза.

2. Уменьшить длину коллектора, так как в 1,5 раза уменьшается ток одного щеткодержателя.

3. Повысить технологичность и простоту изготовления остова ТЭД, который рационально выполнять цилиндрической формы.

4. Уменьшить массу ТЭД на 7 - 10 %, массу меди на 30 %.

Для якоря принимаем петлевую обмотку, p = 3.

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря и уравнительных соединений, размеров проводников, паза и зубца

Определяем номинальный ток якоря Iн, А

, (11)

Где

зн = f(Pн)

- КПД номинального режима; принимаем зн = 0,94 ;

Uн - номинальное напряжение на зажимах ТЭД, В; Uн = 820 В.

А.

Тип обмотки якоря определяется в основном величиной тока iа в параллельной ветви.

. (12)

где а - число пар параллельных ветвей обмотки;

а = p = 3 при петлевой обмотке;

ia = 151,35 А.

Определяем число активных проводников пазу Nz

. (13)

Число проводников обмотки Na

; (14)

.

Принимаем Na = 810.

Число пазов Zn

. (15)

Zп =14 . 6 = 84

Принимаем Zп = 84.

.

Принимаем Nz = 10.

Число коллекторных пластин uк

. (16)

Пазовое деление t1, мм, должно быть в пределах 2,2 ч 3,5 мм

; (17)

мм.

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

А; (18)

А.

Уточненное число проводников обмотки Na

; (19)

. Тогда линейная нагрузка будет равна A, А/см

; (20)

А/см.

Так как полученное значение А не отличается от принятого при определении основных параметров ТЭД более чем на пять процентов, то можно сделать вывод что длина якоря и другие параметры приняты верно.

Число коллекторных пластин K

. (21)

Приняв wc = 1 , получаем

.

Находим величину среднего межламельного напряжения eк.ср. при некомпенсированном двигателе, В

; (22)

В.

Условия симметрии

; (23)

; (24)

. (25)

При полученных Zп и К удовлетворяются условия симметрии.

Проверяем возможность реализации полученного числа коллекторных пластин, принимая коллекторное деление

вк = 0,43 см,

находим диаметр минимальный коллектора Dкmin, см

; (26)

см.

Исходя из технологических требований, при соединении (пайке) обмотки якоря с петушками коллектора должно выполнятся соотношение

. (27)

м.

Из ряда номинальных значений [1] принимаем окончательно Dк = 50 см.

При этом максимальная окружная скорость коллектора Vкmax должна удовлетворять условию

, (28)

где nдmax - максимальная частота вращения двигателя, об/мин;

. (29)

Принимаем [1] Vкmax = 52 м/с.

об/мин;

Тогда максимальный диаметр коллектора Dкmax, см

; (30)

см.

Предварительную глубину паза hz, мм по опыту проектирования можно принимать

, (31)

где ф - полюсное деление, см;

; (32)

см.

мм.

По опыту проектирования принимаем ширину паза bп, мм

; (33)

мм.

При этом по технологическим соображениям для обеспечения достаточной стойкости штампов

мм. (34)

Из опыта проектирования ТЭД . (35)

Площадь сечения меди проводников обмотки Sa, мм2

, (36)

где ja - плотность тока в обмотке якоря, А/мм2.

Для класса нагревостойкости F значение теплового фактора находится в пределах А2/(см ·мм2). Принимаем A ja = 3000 А2/(см ·мм2).

По принятым значениям A и Aja определим допустимую плотность тока в обмотке якоря ja, А/мм2

А/мм2;

мм2.

Для ограничения величины добавочных потерь высота каждого проводника в зависимости от частоты перемагничивания сердечника якоря fп, Гц

; (37)

Гц

должна быть не более указанного в таблице 1.1 [1].

По полученному значению Sa намечаем размеры проводника по ГОСТ 434-78 (приложение 2), [1], ориентируясь на раскладку проводников в пазу (горизонтальном) и рекомендуемые соотношения размеров паза.

По приложению 2 [1] принимаем Sа = 29,13 мм2, b = 10,6 мм, а = 2,8 мм.

Основные параметры и расчет паза при классе нагревостойкости F приведены в таблице 1.



Таблица 1 - Основные параметры и расчет паза

Наименование	Материал	Размер, мм	Число слоев	Общий размер
Проводник	Медь ПММ	10,6/2,8	1/10	10,6/28
Витковая изоляция	Пленка полиамидная	0,08/0,11	2/20	0,16/2,2
Корпусная изоляция	Пленка полиамидная	0,08/0,10	12/24	0,96/2,4
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	-	0,2/0,2	-	0,2/0,2
Расшихтовка	-	0,15/-	-	0,15/-
Итого	bп/hz = 12,27/39,6мм

Из таблицы 1 мы имеем bп = 12,27 мм, hz = 39,6 мм.

Проверим правильность выбора проводника .



1 - клин;

2 - прокладки под клин;

3 -витковая изоляция;

4 - корпуснаяизоляция;

5 - покровная изоляция;

6 - прокладка между катушками;

7 - проводник;

8 - прокладка на дно паза.

Рисунок 1 - Схема расположения проводников в пазу.

Величина средней реактивной ЭДС за период коммутации erср, В

, (38)

где la - длина сердечника якоря, см;

Vaн - окружная скорость якоря, м/с;

лп - удельная магнитная проводимость паза.

Удельная магнитная проводимость паза лп

. (39)

При расчетах принимаем ls, см

, (40)

где ls - длина лобовых частей обмотки якоря, см;

см,

ls = 41,52 см;

;

Окружная скорость якоря Vан, км/ч

; (41)

км/ч.

В.

Расчет параметров обмотки якоря, уравнительных соединений

Шаг по коллектору ук при петлевой обмотке

yк = y = 1. (42)

Шаг по реальным пазам yz

, (43)

где еп - пазовое укорочение шага; при петлевой обмотке еп = 0,5 ;

.

Первый, частичный шаг по элементарным пазам y1

; (44)

.

Второй, частичный шаг по элементарным пазам y2

; (45)

.

Полная длина одного проводника обмотки lп, м

; (46)

м.

Суммарная длина проводников одной параллельной ветви обмотки ?la, м

; (47)

м.

Сопротивление обмотки якоря при 20 оС , Ом

, (48)

где с - удельное электрическое сопротивление меди при 20 єC, Ом ·мм2/м;

с = 1/57 Ом ·мм2/м;

Ом.

; (49)

мм2.

По ГОСТ 434 - 78 [1], принимаем проводник для уравнителя:

Sy = 9,157 мм2 и размерами 4,25 Ч 2,24 мм.

2.3 Расчет коллекторно-щеточного узла

Число щеткодержателей 2рщ обычно равно числу главных полюсов

. (50)

Контактная площадь щеток одного щеткодержателя ?Sщ, см2

, (51)

где jщ - допускаемая плотность тока под щеткой (принимаем щетки по допустимой окружной скорости марки

ЭГ61А, А/см2; [1]

jщ = 13 А/см2.

см2.

Коллекторное деление вк, см

; (52)

см.

Укорочение обмотки в коллекторных делениях ек

; (53)

.

Максимально допустимая ширина щетки bщ.max, мм

; (54)

мм. По ГОСТ 12232 - 89 [1] принимаем разрезную щетку bщ = 28 мм.

Общая длина щеток одного щеткодержателя Уlщ, мм

; (55)

мм.

Количество щеток примем Nщ = 3 .

Намечаемая длина щетки должна удовлетворять условию lщ, мм

; (56)

мм.

Длину щетки по ГОСТ 12232-89 принимаем lщ = 100 мм.

Определим окончательную плотность под щеткой jщ, А/см2

; (57)

А/см2.

Принимаем щетку марки ЭГ-61 с плотностью тока jщ , А/см2; [1]

jщ = 13 А/см2.

Рассчитаем рабочую длину коллектора Lк, мм

, (58)

где l1 - толщина перемычки щеткодержателя между "окнами" щеток; принимаем

l1 = 4 мм; rкр - радиус закругления краев рабочей поверхности коллектора, rкр = 2 мм;

l2 - допуск на осевое перемещение якоря, принимаем при двухсторонней передаче l2 = 6 мм;

мм.

Достаточность рабочей длины коллектора для его охлаждения оценивается по эмпирической формуле без учета механических потерь

; (59)

мм.

Принимаем рабочую длину коллектора Lк = 127 мм.

Общая длинна коллекторных пластин Lко, мм

, (60)

где lкн - ширина канавки у петушков для выхода шлифовального круга и фрезы для продорожки, мм; принимаем lкн = 10 мм;

lпт - ширина петушков коллектора, принимаем lпт = 20 мм.

мм.



3. Расчет магнитной цепи ТЭД

3.1 Разработка эскиза магнитной цепи

Предварительно находим магнитный поток в номинальном режиме Фн , Вб

; (61)

Вб;

; (62)

Вб.

Сердечник якоря

Эффективная высота сечения сердечника якоря , см

, (63)

где Ва - индукция в сердечнике якоря, Тл; принимаем Ва = 1,25 Тл;

kс - коэффициент заполнения сердечника сталью, учитывающий изоляцию между листами сердечника якоря; принимаем kс = 0,94.

см.

Конструктивная высота сечения сердечника якоря ha, см

, (64)

где

dк - диаметр вентиляционных каналов, см; dк = 2 ч 3 см; dк = 3 см;

mк - число рядов каналов; mк = 2 ч 3; принимаем mк = 3 .

см.

Каналы размещают в шахматном порядке с шагом внешнего ряда 2,5…3,0 dк , т. е. см.

Внутренний диаметр сердечника якоря Di, см

; (65)

см.

Толщина втулки tвт, мм

. (66)

Диаметр вала якоря, на который насаживается втулка, dвт, мм

; (67)

мм.

Принимаем dв = мм. Тогда

.

Воздушный зазор под серединой полюса д0, см

; (68)

см.

Принимаем д0 = 0,65 см.

При эксцентричном воздушном зазоре эквивалентный зазор дэ, см связан с зазорами под серединой полюса д0 и под краем дкр зависимостью

, (69)

при этом обычно задаются ; принимаем дкр = 1,4 см;

см.

Sa=(kст*la*(Da-Di-2*ha-(4*nk*dk /3)))/2=0,0303 см2

3.2 Определение размеров участков магнитной цепи

Сердечник главного полюса

Приближено принимаем, что действительная полюсная дуга bд равняется расчетной полюсной дуге bp, см

, (70)

см.

Площадь сердечника полюса SТ, м2

, (71)

где BТ - индукция в сердечнике полюса, Тл; рекомендуется принимать

ВТ = 1,4…1,7 Тл; [1] ВТ = 1,7 Тл;

у - коэффициент рассеивания главных полюсов; для некомпенсированных двигателей у = 1,15 .

м2.

Ширина сердечника полюса bТ, см

, (72)

где kc - коэффициент заполнения сердечника полюса сталью;

kc = 0,95…0,97; [1] принимаем kc = 0,95;

lT - длина сердечника, м; [3] принимаем lT = lа = м.

см.

Ширину опорной палочки для катушки bоп, см

, (73)

см.

Предварительно высоту сердечника полюса hТ, см, принимаем

, (74)

см.

Принимаем hТ = 12 см.

Расчет станины при круглом остове

При круглой станине из стали 25ЛП ее внутренний диаметр Dвн , см

, (75)

см.

Площадь сечения станины Sст, м2

, (76)

где Вст - индукция в станине, Тл; [3] Вст = 1,55 Тл.

м2.

Длина станины lст , см

, (77)

см.

Толщина станины hст , см

, (78)

см.

Тогда диаметр Dст , см

, (79)

см.

3.3 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи и общей МДС холостого хода

Расчет воздушного зазора

Магнитный поток и индукция в воздушном зазоре Фmin , Вб

, (80)

где nдmax - максимальная частота вращения якоря, об/мин

, (81)

где м - передаточное число зубчатой передачи; м = мmax = .

об/мин; (82)

Вб.

Определим минимальную индукцию в воздушном зазоре Bдmin , Тл

, (83)

Тл.

Определим ток двигателя при максимальной скорости Imin , А

, (84)

где Рmin - минимальная мощность, кВт;

Pн - мощность при номинальном режиме, кВт;

зн - КПД при номинальном режиме;

зvmax - КПД при максимальной скорости движения.

, (85)

кВт.

Если принять [4] 1,1. Тогда получим

А.

МДС якоря Fря.min при Imin , А

, (86)

А.

Зададимся величиной эквивалентного зазора [1] дэ , мм

, (87)

мм.

Определяем коэффициент воздушного зазора, учитывающий зубчатое строение сердечника якоря kд

, (88)

где bz1 - ширина зубца по наружной поверхности якоря, см;

; (89)

см;

.

Магнитное напряжение в воздушном зазоре для максимальной скорости Fд.min , А

, (90)

где м0 - магнитная проницаемость воздуха, м0 = 4р · 10-7 Гн/м.

А.

Коэффициент устойчивости при максимальной скорости ky

, (91)

.

Определяем величину допустимого напряжения eк.max, В

, (92)

где оmax - максимальный коэффициент искажения, зависящий от ky = 1,1 и

; принимаем [1] оmax = 2,25 .

В.

Определяем зазор под центром сердечника д0, мм

, (93)

Коэффициент приведения kэ определим по графику [1];

kэ = 1,3 .

мм.

Находим зазор под краем сердечника полюса дкр , мм

, (94)

мм.

Магнитная индукция Bдн, Тл и магнитное напряжение Fд, А в воздушном зазоре при номинальном режиме

, (95)

Тл.

, (96)

А.

Зубцовая зона

Расчет выполняем по магнитной индукции, определяемой в расчетном сечении зубца, отстоящем от его основания на 1/3 высоты Bz1/3, Тл

, (97)

где bz1/3 - ширина зубца на высоте 1/3 от его основания, мм

, (98)

мм;

Тл

Шаг по зубцам на высоте 1/3 от основания tz1/3, мм

, (99)

мм.

Определим коэффициент формы зубца якоря kz

, (100)

.

Тогда действительная индукция в зубце , Тл

. (101)

По приложению 5 [1] для стали 2212 для Вz1/3 = f(Hz1/3) находим

Hz1/3 = 720 А/см.

Тл. руч

Магнитное напряжение в зубцовом слое Fz1/3, А

, (102)

А.

Площадь сечения зубцового слоя Sz1/3, м2

, (103)

м2.

Проверим правильность расчета

, (104)

м2.

Сердечник якоря

При Ва = 1,25 Тл, для стали 2212 [1] На = 8 А/см.

Магнитное напряжение в сердечнике якоря Fa, А

, (105)

где Lа - длина средней силовой магнитной линии в сердечнике якоря, мм.

La приближенно определяем

, (106)

мм.

А.

Сердечник главного полюса

Обычно изготавливают наборным, из штампованных листов малоуглеродистой стали. Для принятого ранее значения индукции в сердечнике полюса по кривым находим напряженность магнитного поля Нт . Для Вт = 1,7 Тл,

[1] Нт = 70,5 А/см.

Магнитное напряжение в сердечнике полюса FТ, А

, (107)

где hт - ранее принятая высота полюса, см;

А.

Станина (остов) двигателя

Станину выполняем литой из стали 25Л [1].

Магнитное напряжение в станине Fст, А

, (108)

где Lст - длина средней силовой линии в станине, см.

, (109)

см.

При Вст = 1,55 Тл для стали 25Л, [1], Нст = 39 А/см.

А.

Расчет общей МДС холостого хода

Общая МДС магнитной цепи F0?, А

, (110)

А.

Коэффициент насыщения в продолжительном режиме кн

; (111)

.

Расчет размагничивающего действия реакции якоря

Расчет размагничивающего действия реакции якоря производим по методу А.Б. Иоффе [1].

Для компенсации размагничивающего действия реакции якоря соответствующая МДС Fря, А определяется по формуле:

, (112)

где kр - коэффициент размагничивания МДС.

, (113)

А.

Принимаем kр = 0,15 и .

А.

МДС главных полюсов Fв, А

, (114)

А.

.

По графику kp = 0,14.

А;

, условие ± 5 %. (115)

Расчет главных полюсов

Требуемое число витков катушки главных полюсов

, (116)

.

Принимаем WB = 16.

Поперечное сечение меди катушки Sв, мм2

, (117)

где jв - плотность тока в проводниках обмотки, А/см; [1] jв = 5 А/см.

мм2.

3.4 Расчет добавочных полюсов и параметров коммутации

Средняя величина реактивной ЭДС за цикл коммутации в продолжительном режиме erср, В

, (118)

В.

Коммутирующая ЭДС eк, В

, (119)

где Вк - индукция в зоне коммутации, Тл.

Принимаем, что erср = eк , тогда

, (120)

Тл;

В.

Магнитный поток в зоне коммутации Фк, Вб

, (121)

где bдд - расчетная дуга наконечника добавочного полюса, см

, (122)

где bд - ширина наконечника добавочного полюса, см;

дд - воздушный зазор под добавочным полюсом со стороны якоря, см.

, (123)

см.

Принимаем bд = 0,35 см.

, (124)

см.

см.

Вб.

Магнитный поток определяется в середине добавочного полюса, Вб

, (125)

где Фуд - магнитный поток рассеяния добавочного полюса, Вб;

уд - коэффициент рассеивания добавочного полюса, уд = 3…4 для ТЭД без компенсационной обмотки.

Принимаем уд = 3 .

, (126)

Вб;

Вб.

Индукцию Втд на номинальном режиме, Тл; [1] Втд = 0,7 Тл.

В этом случае ширина сердечника добавочного полюса bтд, см

, (127)

см.

Для снижения вероятности кругового огня на коллекторе при резких бросках токов у добавочных полюсов предусмотрен двойной воздушный зазор , со стороны станины, выполняемой с помощью немагнитных прокладок, мм

, (128)

см.

Принимаем = 0,3 см.

Намагничивающая сила Fд для создания коммутирующего магнитного потока определяется только для зазоров дд и т. к. ферромагнитные участки цепи добавочных полюсов имеют низкие значения индукции, А

, (129)

где kдд - коэффициент воздушного зазора

, (130)

.

А.

Число витков катушки добавочного полюса

, (131)

витков.

Степень компенсации поля реакции якоря

, (132)

.

Согласно [4] полученное значение степени компенсации удовлетворяет условию для двигателей без компенсационной обмотки, для которых .

Площадь сечения меди катушки добавочных полюсов Sд, мм2

, (133)

где jд - плотность тока, А/мм2; [1] jд = 5 А/мм2.

мм2.

3.5 Расчет размеров и параметров катушек главных и добавочных полюсов

Катушки главных и добавочных полюсов выполняем с намоткой на узкую грань на "ребро". При намотке на "ребро" и круглом остове высота катушки равна сумме толщин всех витков и межвитковой изоляции, увеличенной из-за разрушения и выравнивающих прокладок на 3-6% и двух толщин внешней изоляции. Ширина катушки равна сумме ширины меди с учетом выступания на 0,5 мм межвитковой изоляции и двух толщин внешней изоляции.

В качестве межвитковой изоляции при классах нагревостойкости F и H используют асбестовую бумагу толщиной 0,4 - 0,5 мм.

Внешнюю изоляцию катушки при классе нагревостойкости H выполняют из стекломикаленты толщиной 0,13 мм, накладываемой вполуперекрышу 4 слоя (корпусная изоляция), и из стеклоленты толщиной 0,1 мм вполуперекрышу 1 слой (покровная изоляция).

Главные полюса

По ГОСТ 434-78 [1] принимаем Sв = 174,1 мм2; а Ч b = 5 Ч 35 мм,

где а - толщина ленты, мм;

b - ширина ленты, мм.

Намотка катушки "на ребро" требует определенных соотношений размеров меди

, (134)

.

Для исключения возможности образования при намотке трещин в меди, радиус закругления по внутренней кромке витка R, мм

, (135)

мм .

Добавочные полюса

По ГОСТ 434-78 принимаем [1] Sд = 159,72 мм2,

а Ч b = 4 Ч 45 мм,

.

Радиус закругления по внутренней кромке витка R, мм

мм.

Параметры катушек главного полюса

Общая длина провода катушки, м

. (136)

где lВ.СР - средняя длина витка, м

, (137)

где bМВ - ширина меди, м;

м;.

м.

Сопротивление меди катушек главных полюсов, Ом

, (138)

Ом .

Параметры катушки добавочного полюса

Общая длина провода катушки, м

, (139)

где lдп ср - средняя длина витка, м.

, (140)

где bкатд - ширина катушки, м; определяется шириной меди, толщиной изоляции и технологическим зазором;

, (141)

где e0 - общая толщина изоляции с учетом пропитки и компаундировки, мм; из [3] принимаем e0 = 3 мм;

e2 - зазор, необходимый для посадки катушек на полюс, мм; из [3] принимаем e2 = 5 мм;

мм;

м.

м.

Сопротивление меди катушек добавочных полюсов при 20 0С, Ом

, (142)

Ом.

Определение КПД

КПД тягового двигателя зд

, (143)

где УДРд - сумма потерь в двигателе, Вт.

Потери в меди при = 115 0C

, (144)

где rat, rпt, r кt, r дt - соответственно сопротивления обмоток якоря, последовательной обмотки возбуждения, компенсационной обмотки и обмотки добавочных полюсов при = 115 0С, Ом.

Ранее сопротивления отдельных обмоток были определены при = 20 0C. В соответствии с ГОСТ 11828 - 86 приведенные сопротивления практически холодных обмоток (= 20 єC) приводятся к требуемому значению температуры

(= 115 0C) по формуле

, (145)

где rit - сопротивление i-й обмотки при температуре = 115 0С, Ом;

rix - сопротивление i-й обмотки при температуре = 20 0С, Ом;

бо - температурный коэффициент меди; бо = ;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

Потери в меди обмотки якоря УДРм, Вт, главных полюсов в соответствии с ГОСТ 2582 - 81 определяют при температуре обмоток = 115 0С

Вт.

Магнитные потери при х. х. (потери в стали) ДPст, Вт

, (146)

где kx - коэффициент потерь в стали, зависящий от марки; [3] kx = 2,4 ч 2,7;

принимаем kx = 2,6 ;

pz, pа - соответственно удельные потери в зубцах и сердечнике

якоря, Вт/кг;

mz, ma - соответственно масса стали зубцов и сердечника якоря, кг.

; (147)

Вт/кг.

; (148)

Вт/кг.

. (149)

где

гс - плотность стали, г/см3; [2] гс = 7,85 г/см3;

bz1/2 -

ширина зубца на высоте Ѕ от основания, см.

, (150)

см.

кг.

, (151)

кг.

Вт.

Добавочные потери при нагрузке включают в себя потери в меди и потери в стали, вызванные искажением магнитного поля реакцией якоря, Вт

, (152)

где kдоб - коэффициент добавочных потерь, зависящий от тока двигателя по отношению к номинальному значению;

При , kдоб = 0,3.

Вт.

Потери в переходных контактах щеток, Вт

, (153)

где ДUщ - падение напряжения в переходных контактах щеток, В; принимается в зависимости от принятой марки щеток [1].

Для щетки ЭГ-61 принимаем ДUщ = 2,2 В.

Вт.

Механические потери

,

где ДPк - потери на трение щеток о коллектор, Вт;

ДPтр - потери в подшипниках и на трение якоря о воздух, Вт.

Потери в подшипниках и на трение о воздух, Вт

,

Вт.

Потери на трение щеток о коллектор

, (154)

где ?Sщ - общая площадь прилегания щеток к коллектору, см2;

Fщ - удельное давление на щетки, МПа; при опорно-рамном подвешивании ТЭД Fщ = 0,03…0,05 МПа [1]; принимаем Fщ = 0,035 МПа;

fтр - коэффициент трения щетки по коллектору; [1] fтр = 0,12;

Vk - окружная скорость коллектора, м/с;

Вт;

Вт.

Сумма потерь в тяговом двигателе, Вт

, (155)

Вт.

КПД двигателя

.

3.6 Расчет и построение характеристик намагничивания, нагрузочных и электромеханических

Характеристика намагничивания

Выполненные расчеты магнитной цепи позволили определить значения МДС, необходимой для создания магнитного потока продолжительного режима.

Задаваясь другими значениями магнитного потока (0,5Фдн, 0,75Фдн, 1,0Фдн, Фдн, 1,15Фдн,), определяем МДС главных полюсов Fоi, необходимые для проведения указанных потоков по магнитной цепи двигателя. Расчет приведен в таблице 2, а по ее данным построена кривая намагничивания.

Таблица 2 - Характеристики намагничивания

Участок магнитной цепи	Размеры участка	Фд=0,6Фдн, Вб	Фд=0,8Фдн, Вб	Фд=Фдн, Вб	Фд=1,15Фдн, Вб	Фд=1,2Фдн, Вб
	поперечное сечение, м^2	длина, см	Ед/nд=	0,670	Ед/nд=	0,893	Ед/nд=	1,117	Ед/nд=	1,284	Ед/nд=	1,340
			B, Тл	H, А/см	F, А	B, Тл	H, А/см	F, А	B, Тл	H, А/см	F, А	B, Тл	H, А/см	F, А	B, Тл	H, А/см	F, А
Воздушный зазор	0,0557	0,65	0,594	5702,4	3706,6	0,792	7603,2	4942,1	0,99	9504	6145,0	1,14	10929,6	7104,2	1,19	11404,8	7413,1
Зубцовая зона	0,0223	3,96	1,51	13	51,5	2,01	104	411,8	2,51	720	2851,2	2,89	1500	5940,0	3,01	3000	11880,0
Сердечник якоря	0,0303	15,21	0,75	4	60,8	1	6	91,3	1,25	8	121,68	1,44	29	441,09	1,50	37	562,77
Сердечник полюса	0,0372	12	1,02	5	60,0	1,36	10	120,0	1,7	70,5	846	1,955	141	1692	2,04	207	2484
Станина	0,0204	26	0,93	5	130	1,24	12	312,0	1,55	39	1014	1,78	110	2860	1,86	143	3718
МДС при холостом ходе Fo?, А	3948,0	5786	11812,2	17596,24	25495,12
Размагничивающая сила реакции Fря, А	699,90	1151,74	1151,74	806,21	656,10
МДС при нагрузке Fв?, А	4647,94	6937,66	12963,94	18402,45	26151,22

Нагрузочные характеристики

Характеристика намагничивания

Фд = f(Foi)

является базовой для расчета всех остальных характеристик двигателя и в первую очередь нагрузочных

Фдi = f(Foi)

при Iдi = const. Нагрузочные характеристики рассчитываются с учетом размагничивающего действия реакции якоря для нескольких постоянных значений тока нагрузки.

Расчет производим по методике А.Б. Иоффе, которая использовалась при расчете продолжительного режима.

Результаты расчета приведены в таблице 3, а по полученным данным построены нагрузочные характеристики.

Таблица 3 - Нагрузочные характеристики

Фд,Вб	F0,А	Вz1/3,Тл	Iд,А	Fр.я,А	Fр.я/Fв	Кр	F?р.я,А	Fв,А
0,033	3948,0	1,5	524,44	6201,65	1,4	0,06	372,10	4320,14
			749,2	8859,5	1,9	0,079	699,90	4647,94
			1123,8	13289,25	2,5	0,1	1328,93	5276,97
0,044	5785,92	2,01	524,44	6201,65	1,0	0,098	607,76	6394
			749,2	8859,5	1,3	0,13	1151,74	6937,66
			1123,8	13289,25	1,7	0,153	2033,26	7819,2
0,055	11812,2	2,51	524,44	6201,65	0,5	0,1	620,17	12432,37
			749,2	8859,5	0,7	0,13	1151,74	12963,94
			1123,8	13289,25	1,0	0,157	2086,41	13898,61
0,063	18190,24	2,9	524,44	6201,65	0,3	0,067	415,51	18605,75
			749,2	8859,5	0,5	0,091	806,21	18996,45
			1123,8	13289,25	0,7	0,116	1541,55	19731,79



Электромеханические характеристики

Скоростная характеристика nд = f(Iд) рассчитывается в соответствии с выражением

, (156)

где се - машинная постоянная;

, (157)

= 13,5;

При расчете задаемся значениями тока двигателя Iд и для каждого из них находим падение напряжения ДUд, В

(158)

Магнитный поток Фд определяем по нагрузочным характеристикам в соответствии с величиной МДС главного полюса, А

(159)

Тогда Фд= 0,064 Вб.

.

Частота вращения двигателя пересчитывается в скорость электровоза, км/ч

, (160)

Где м - передаточное отношение зубчатой передачи;

D - диаметр ведущего колеса по кругу катания бандажа, м;

D = 1,25 м.

.

Характеристика КПД тягового двигателя зд = f(Iд) рассчитывается в соответствии с пунктом 3.5 курсового проекта.

Характеристика вращающего момента Мд = f(Iд) рассчитывается по формуле:

; (161)

Касательная сила тяги Fкд, Н

, (162)

где Юз - КПД зубчатой передачи; принимаем [2] Юз = 0,97.

.

Все расчеты по электромеханическим характеристикам приведены в таблицах 4 и 5.



Таблица 4 - Скоростная характеристика

Iд, %	Iд, А	Fв, А	Фд, Вб	Uд, В	?Uд, В	nд, об/мин	V, км/ч
б =	1
Iд min	524,44	8391,04	0,031	820	20,03	1779,70	93,90
(Iд min+Iдн)/2	636,82	10189,12	0,054		23,85	1016,80	53,65
Iд н	749,2	11987,2	0,077		27,67	709,7	37,44
(Iд max+Iдн)/2	936,5	14984,00	0,08		34,03	677,56	35,75
Iд max	1123,8	17980,8	0,083		40,40	647,78	34,18
б =	0,5
Iд min	524,44	4195,52	0,041	820	16,35	1351,80	71,32
(Iд min+Iдн)/2	636,82	5094,56	0,048		19,39	1150,30	60,69
Iд н	749,2	5993,6	0,052		22,42	1057,80	55,81
(Iд max+Iдн)/2	936,5	7492,00	0,059		27,48	926,39	48,88
Iд max	1123,8	8990,4	0,064		32,53	848,57	44,77

Таблица 5 - Характеристика КПД и вращающего момента

Iд,%	Iд,А	?Pм, Вт	?Pщ, Вт	?Pст, Вт	?Pдоб, Вт	?Pк, Вт	?Pтр, Вт	??P, Вт	зд	Мд, Н•м
б =	1
Iд min	524,44	9349	1153,77	18814,7	4609,61	2732,0	2430,81	39613,86	0,908	2307,6
(Iд min+Iдн)/2	636,82	13784,3	1401,00	8302,3	2096,33	1560,87	1388,80	29170,4	0,944	4904,5
Iд н	749,2	19079	1648,2	5106,8	1532,05	1089,39	969,29	30173,63	0,951	8267,33
(Iд max+Iдн)/2	936,5	29810,3	2060,30	4807,2	1762,65	1040,1	925,4	41342,56	0,946	10823,75
Iд max	1123,8	42926,9	2472,36	4535,1	2025,67	994,39	884,77	54962,95	0,940	13585,62
б =	0,5
Iд min	524,44	7423,3	1154	12466,3	3054,23	2075,13	1846,36	28543,4	0,934	3038,09
(Iд min+Iдн)/2	636,82	10945,5	1401	9876,9	2493,91	1765,81	1571,15	28691,08	0,945	4335,32
Iд н	749,2	15149,5	1648	8773,9	2632,16	1623,81	1444,80	32021,58	0,948	5546,42
(Iд max+Iдн)/2	936,5	23671,1	2060	7299,8	2676,61	1422,08	1265,31	39331,7	0,949	7916,49
Iд max	1123,8	34086,4	2472	6478,3	2893,64	1302,62	1159,02	49516,1	0,946	10371,01

4. Расчет массы и технико-экономических показателей ТЭД

Оценка технико-экономических показателей спроектированного ТЭД производится по степени использования материалов и по возможности реализации номинальной мощности во всем диапазоне изменения скорости движения. передача якорь обмотка магнитный

Удельная масса ТЭД оценивается:

по массе, отнесенной к единице мощности mp, кг/кВт

; (163)

по массе, отнесенной к единице номинального вращающего момента

mM, кг/(Н·м)

. (164)

Массу ТЭД определим по эмпирической формуле:

, (165)

кг,

кг/кВт;

кг/(Н·м).

Возможность использования номинальной мощности в широком диапазоне скоростей характеризует регулировочное свойство ТЭД. Для количественной оценки регулировочных свойств применяется коэффициент использования мощности Км

, (166)

где Pдmax - мощность двигателя при максимальной скорости, кВт.

[4] принимаем Км = 0,72.

Установим параметры, от которых зависят свойства и величина коэффициента использования мощности:

, (167)

где вн - коэффициент ослабления магнитного потока при номинальном режиме;

принимаем [4] вн = 0,95;

вmin - коэффициент ослабления магнитного потока при максимальной скорости;

Кн - коэффициент насыщения магнитной цепи

, (168)

где F0 - общая МДС ТЭД на холостом ходу, А;

Fдн - падение магнитного потенциала на воздушном зазоре при номинальном режиме, А;

;

KV - скоростной коэффициент

, (169)

;

.



Заключение

При расчете данного курсового проекта были определены главные размеры машины, а именно диаметра и длины сердечника якоря, которые были определены с помощью выражения "приведенного объема" Dala=0,165 м2. Из этого было принято Da=0,66 м, а lа=0,250 м.

Далее были выбраны числа полюсов и типа обмотки якоря. При переходе на число полюсов 2р=6 предоставляется возможным : уменьшить толщину остова и сечение сердечника якоря, так как магнитный поток на один полюс уменьшается в 1,5 раза, уменьшить длину коллектора, так как в 1,5 раза уменьшается ток одного щеткодержателя. Повысить простоту изготовления ТЭДа и уменьшить массу ТЭД на 7-10%, а массу меди на 30%. Для якоря мы приняли петлевую обмотку p=3. Номинальный ток якоря Iн=906 А. А линейная нагрузка А=589,9 А/см.

При расчете основных параметров и паза было получено что bп=11,17мм, а hz=43,1 мм. Была выбрана вертикальная схема расположения проводников в пазу.

При расчете параметров обмотки якоря полная длина lп=0,065 м. В расчет магнитной цепи ТЭД входит: Разработка эскиза магнитной цепи где магнитный поток Фн=0,061 Вб. Расчет сердечника якоря где эффективная высота ha=10,2 см, а внутренний диаметр равен Di=25 см. В расчете сердечника главного полюса была рассчитана площадь Sт=0.0406 м2. В расчете воздушного зазора магнитный поток равен Фmin=0,026 Вб , минимальная мощность Рmin=547,5 кВт. При расчете главных полюсов число витков WB=16, а поперечное сечение меди катушки SB=181,2 мм2.

При расчете параметров катушки добавочного полюса были получены значения: общая длина провода катушки lдп=11,64 м и сопротивление меди катушек добавочных полюсов rдп=0,0070 Ом.

КПД тягового двигателя зд=93,6 %. Сумма потерь в тяговом двигателе 45238,75 Вт.

Построили кривую намагничивания и нагрузочные характеристики тягового двигателя. Построили скоростную характеристику и характеристику КПД и вращающего момента. Нарисовали эскиз магнитной цепи при круглой форме остова и 2p=6.

Размеры для построения полюсного окна ТЭД:

Di = 337 мм; Da = мм;

Dвн = 912 мм; Dст = 998 мм;

hст = 43 мм; hz = 43,1 мм;

ha = 162 мм; dк = мм;

hт = мм; д0 = 6 мм;

bр = 242 мм; bт = 171 мм;

bоп =25,7ч34,2=15ч20 мм; дкр = мм;

? = 4…5 мм; д'0 = 6,4 мм;

bтд = 27 мм; bд = мм;

дд = мм; bдд = мм.

dв = 161 мм.



Список использованных источников

1. В. В. Рафаловский. Электромагнитный расчет тягового электродвигателя тепловоза. Методические указание к выполнению курсового проекта, часть 2. - 34 с.

2. Проектирование тяговых электрических машин/ Под редакцией М. Д. Находника. М.: Транспорт, 1972.

3. А. Е. Алексеев. Тяговые электрические машины и преобразователи; Л.: Энергия, 1967.

Размещено на Allbest.ru

...