ЗМІСТ
1 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ Тепловоз і ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ1.1 Вибір розрахункових сил тяги та швидкості тепловоза
1.2 Вибір типу електричної передачі та схеми з'єднання ТЕД
1.3 Визначення основних розрахункових параметрів електричних машин
1.4 Визначення основних розмірів ТЕД
1.5 Визначення головних розмірів синхронного генератора
1.6 Визначення параметрів зубчастої передачі
1.7 Визначення габаритних розмірів
2 ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ РОЗРАХУНОК ТЕД
2.1 Вибір типу обмотки
2.2 Розрахунок числа пазів, параметрів обмотки якоря
2.3 Розрахунок колекторно-щіткового вузла
2.4 Розбирання ескізу магнітного ланцюга
2.5 Розрахунок магнітних напруг ділянок магнітного ланцюга
2.6 Розрахунок головних полюсів, комутації і додаткових полюсів
2.7 Визначення ККД при тривалому режимі роботи
3 РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ХАРАКТЕРИСТИК ТЕД, СГ і тепловози
3.1 Зовнішня характеристика генератора
3.2 Характеристика намагнічування
3.3 Електромеханічні характеристики ТЕД
3.4 Розгінні характеристики ТЕД
3.5. Тягова характеристика тепловоза
4 РОЗРАХУНОК ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ТЕД І СГ
ЛІТЕРАТУРА
1 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ Тепловоз і ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ
1.1 Вибір розрахункових сил тяги та швидкості тепловоза Тривала сила тяги і швидкість визначають масу поїзда і середню технічну швидкість локомотива, а в кінцевому підсумку, його продуктивність, тому знаходження оптимальних значень цих величин є однією з найважливіших завдань.
Тривала сила тяги тепловоза визначається за формулою:
де N ДГ. - вільна потужність тепловоза, що передається генератору, розрахову-
ховується за формулою:
N ДГ. = N e - N доп., (2)
N доп. - Потужність, що витрачається на привід допоміжних агрегатів
тепловоза, визначається за формулою:
N доп. = (0,08 ... 0,15) N e, (3)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
N доп. = 0,1 × 2940 = 294 кВт.
Тоді підставляючи чисельні значення в (2), отримуємо:
N ДГ = 2940 - 294 = 2646 кВт.
h п - ККД електричної передачі, визначається за формулою:
h п = h г × h тд × h зп, (4)
h г, h тд, h зп - к.к.д. відповідно генератора, тягового електро-
двигунів, зубчастої передачі, приймаємо h г = 0,95,
h тд = 0,93, h зп = 0,985.
Підставляючи чисельні дані, отримуємо:
h п = 0,95 × 0,93 × 0,985 = 0,87.
u дл - тривала швидкість тепловоза, u дл = 30 км / ч.
Тоді підставляючи чисельні значення в (1), отримуємо:
Визначимо коефіцієнт тяги на розрахунковому підйомі за такою формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Отриманий коефіцієнт тяги входить в рекомендований межа значення коефіцієнта тяги для вантажного тепловоза.
1.2 Вибір типу електричної передачі та схеми з'єднання ТЕД
Гранична потужність тепловозного генератора постійного струму визначається з умов задовільною комутації критерієм Касьянова, який відповідає виразу:
Р г × n д <= 2 × 10 6, (6)
де Р р - потужність генератора, яку можна розрахувати за формулою:
Р р = N ДГ × h д, (7)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Р р = 2646 × 0,95 = 2514 кВт.
Тоді підставляючи чисельні значення в (6), отримуємо:
2514 × 1100 = 2765400> 2 × 10 6.
Так як критерій Касьянова не виконується, то вибираємо передачу змінно-постійного струму.
Схема з'єднання електродвигунів вибирається таким чином, щоб забезпечити необхідні тягові властивості тепловоза. На вибір електричної схеми з'єднань ТЕД впливає максимальна швидкість тепловозаДля початку розрахуємо постійну схему з'єднань ТЕД з ослабленням поля:
Максимальну швидкість повного використання потужності тепловоза в цьому випадком, визначимо за формулою:
де a - коефіцієнт ослаблення збудження;
До 2 г.дл - коефіцієнт регулювання генератора;
До р оп - ступінь насичення магнітної системи електродвигунів при
тривалому режимі в порівнянні з режимом ослабленого поля
при швидкості
Переймаючись коефіцієнтом ослаблення a = 0,28 і вибираючи два ступені ослаблення, визначаємо коефіцієнт К г.дл = 1,4.
Ступінь насичення визначаємо за допомогою кривої намагнічування:
До р оп = АС / АЕ = 1,8.
Тоді підставляючи чисельні дані в (8), отримуємо:
Так як швидкість 
1.3 Визначення основних розрахункових параметрів електричних машин Максимальна напруга тепловозного генератора приймаємо наступним: U г.max = 800 В.
Максимального напруження генератора відповідає мінімальний струм генератора, при якому ще повністю використовується потужність дизеля, визначається за формулою:
де Р 'м - потужність генератора при мінімальному струмі I р. min:
Р 'м = N ДГ × h' м, (10)
Тоді
Р 'м = 2646 × 0,97 кВт.
Тоді мінімальний струм генератора буде:
Напруга і струм при тривалому режимі роботи тепловоза:
де Р г.дл = N ДГ × h 'м = 2646 × 0,95 = 2514 кВт.
Тоді підставляючи чисельні дані в (11) і (12), отримуємо:
Максимальний пусковий струм приймають, виходячи з перевантажувальної здатності електричних машин, рівним
I р. max = (1,3 ... 1,5) × I г.дл. (13)
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
I р. max = 1,4 × 4400 = 6160 А.
Мінімальна напруга генератора визначається за формулою:
де Р''р - потужність генератора при максимальному струмі:
Р''г = N ДГ × h''г = 2646 × 0,94 = 2487 кВт.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Максимально допустимий струм за умовою комутації розраховується за наступною формулою:
I г.ком »2 × I г.дл = 2 × 4400 = 8800 А.
Так як у мене в курсовому проекті 8 паралельно з'єднаних ТЕД, то:
U д = U г; I д = I г / 8.
Тривала потужність електродвигуна визначаться за формулою:
Р д.дл = U д.дл × I д.дл × 10 -3. (15)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Р д.дл = 571 × 550 × 10 -3 = 314 кВт.
1.4 Визначення основних розмірів тягового електродвигуна
Основні розміри електричних машин можна визначити з виразу:
де D а - діаметр якоря;
ℓ а - довжина сердечника якоря;
Р р - розрахункова потужність;
a t - розрахунковий коефіцієнт полюсного перекриття, приймаємо a t = 0,6;
К в - коефіцієнт форми паза;
До про - обмотувальний коефіцієнт обмотки статора;
А - лінійне навантаження якоря, приймаємо А = 375 А / см;
У d - магнітна індукція в повітряному зазорі, У d = 0,98 Тл;
w р - розрахункова частота обертання.
Для тягового електродвигуна Р р = Р дл і w р = w д.дл, а частота обертання двигуна в свою чергу визначається за наступною формулою:
де u а. max - максимально допустима окружна швидкість якоря, приймаємо
u а. max = 70 км / год;
D а - діаметр якоря двигуна, приймаємо D а = 0,56 м.
Підставляючи це у вираз (16) і враховуючи, що для машин постійного струму До в × К об = 1, отримуємо:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Висловимо від сюди ℓ а = 0,44 м.
1.5 Визначення головних розмірів синхронного генератора
Розрахункова електромагнітна потужність визначається за наступною формулою:
де К е - коефіцієнт залежить від заданого cos j і від індуктивного
опори розсіювання.
Підставляючи вираз (19) у формулу (16) і враховуючи, що w р.н = w р. max, отримаємо:
При розрахунку приймаємо a t = 0,72; К в = 1,11; До об = 0,972; У d max = 0,98 Тл; А = 600 А / см; cosj = 1,06.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Приймаємо, що діаметр якоря генератора дорівнює: 1,2 м, тоді висловивши з (20) отримуємо, що довжина якоря дорівнює: 0,53 м.
1.6 Визначення параметрів зубчастої передачі
На сучасних тепловозах в основному застосовується індивідуальний привід колісних пар, при якому кожна рушійна вісь через зубчастий редуктор пов'язана зі своїм окремим ТЕД.
Так як конструкційна швидкість тепловоза дорівнює 115 км / год, то приймаємо опорно-рамну підвіску ТЕД.
Передаточне відношення зубчастої передачі визначимо за формулою:
де w - частота обертання осі колісної пари.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Отримане передавальне відношення перевіряємо на можливість розміщення зубчастої передачі.
Максимально можливе за умовами розміщення передавальне відношення визначається за формулою:
Мінімальне число зубів малої шестерні визначається за формулою:
де d z.min - мінімальний діаметр ділильного кола шестерні;
m - модуль зубчастої передачі.
Крутний момент визначається за формулою:
де w д.дл - частота обертання двигуна в тривалому режимі, визначається
за наступною формулою:
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
За значенням крутного моменту визначаємо: d z.min = 160 мм і m = 10.
Тоді підставляючи чисельні значення у (23), отримуємо:
Максимально можливий діаметр ділильного кола зубчатого колеса визначається за формулою:
D z.max = D - 2 (b - b 1), (25)
де b - відстань між нижньою точкою поверхні кожуха зубчастої
передачі і головки рейки, приймаємо 150 мм;
b 1 - мінімальна відстань між ділильної окружністю зубчастого
колеса і нижньою поверхнею кожуха, приймаємо 17 мм.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
D z.max = 1,25 - 2 (0,15 - 0,017) = 0,915 м.
Максимально можливе число зубів великого колеса визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні дані в (22), отримуємо, що:
Так як m <m max, то остаточно приймаємо передавальне відношення зубчастої передачі m = 5,75, а Z = 100 і z = 17.
Централь передачі визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
1.7 Визначення габаритних розмірів
Довжина тягового електродвигуна обмежується відстанню між внутрішніми гранями колісних пар, яке для залізниць одно 1,44 м. Проте тут же необхідно розмістити зубчасту передачу, передбачити необхідні технологічні зазори.
Ширина (діаметр) кістяка ТЕД пов'язана з діаметром якоря співвідношенням:
B D = K D × D a, (28)
де К D - коефіцієнт пропорційності, приймаємо 1,5.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
B D = 1,5 × 0,56 = 0,84 м.
Максимально можлива ширина (діаметр) кістяка обмежується величиною централі передачі та необхідністю розміщення полого валу колісної пари, тобто:
де d 0 - діаметр порожнього вала, приймаємо 315 мм.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Висота кістяка зазвичай дорівнює ширині і не повинна бути більше:
H D max = D - 2 (a '- D), (30)
де а '- відстань від нижньої частини станини двигуна до головки рейок,
приймаємо 155 мм;
D - перевищення осі валу електродвигуна над віссю колісної пари,
приймаємо 30 мм.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
H D max = 1250 - 2 (155 - 30) = 1000 мм.
Максимально можливий діаметр якоря визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
D ст = До ст × D а, (32)
де К ст - коефіцієнт пропорційності, приймаємо 1,45.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
D ст = 1,45 × 1,2 = 1,74 м.
2 ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ РОЗРАХУНОК ТЕД
2.1 Вибір типу обмотки
Тип обмотки якоря визначається в основному величиною струму в паралельної гілки:
i a = I д.дл / (2а) <= 250 A. (33)
де I д.дл - струм тягового двигуна в тривалому режимі, 550 А;
а - число пар паралельних гілок обмотки якоря.
Для кращої комутаційної стійкості ТЕД приймаємо петлеву обмотку, тоді а = р = 2.
Тоді підставляючи чисельні дані в (33), отримуємо:
i a = 550 / (2 × 2) = 138 А <250 A.
Число провідників обмотки визначимо за формулою:
N a = p × A × D a / i a, (34)
де А - лінійне навантаження якоря в тривалому режимі, 375 А / см;
D a - діаметр якоря, 53 см.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
N а = 3,14 × 374 × 56/138 = 477.
Остаточно кількість провідників уточнимо після визначення числа пазів і активних провідників в пазу.
2.2 Розрахунок числа пазів, параметрів обмотки якоря
Визначаємо, в залежності від діаметра якоря, число пазів: Z п = 62.
Зубцеву поділ визначимо за формулою:
t 1 = p × D a / Z п. (35)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
t 1 = 3,14 × 0,56 / 62 = 28 мм.
Кількість активних провідників у пазу визначимо за такою формулою:
N Z = N a / Z п. (36)
Підставляючи чисельні дані, отримуємо:
N Z = 477/62 = 7,7.
Кількість активних провідників у пазу округляємо до парного числа: 8.
Число колекторних пластин на паз визначимо за формулою:
u к = N Z / 2. (37)
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
u к = 8 / 2 = 4.
При виборі числа пазів за умовами нагрівання обмотки необхідно, щоб обсяг струму в пазу:
i a × N Z <= 1500 ... 1800 A. (38)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
i a × N Z = 138 × 8 = 1014 А <1500 ... 1800 А.
Відповідно до прийнятих рішень уточнене число провідників обмотки і лінійної навантаження будуть:
N a = N Z × Z п (39)Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
N a = 8 × 82 = 496.
Так як отримане значення А практично не відрізняється (3,6%) від прийнятого при визначенні основних розмірів ТЕД, то продовжуємо подальший розрахунок.
Число колекторних пластин визначимо за формулою:
де w с - число витків в секції, дорівнює 1;
Z Е - число елементарних пазів.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Перевіримо величину середнього межламельного напруги:
Підставляючи чисельні дані, отримуємо:
При цьому необхідно забезпечити виконання умов симетрії простий петлевий обмотки якоря:
К / а = ЦЧ = 248 / 2 = 124.
Z п / а = ЦЧ = 62 / 2 = 31.
2р / а = ЦЧ = 4 / 2 = 2.
де ЦЧ - ціле число.
Колекторне поділ t до з умов конструктивної і технологічної здійсненності колектора буде:
t к> = 4 ... 4,5 мм. (43)
при товщині ізоляції між пластинами 0,8 - 1,5 мм. Вибираємо t к = 4 мм.
Прийняті величини К і t до дозволяють визначити діаметр колектора, який визначається за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Приймаються з ряду номінальних значень D К = 425 мм.
При цьому максимальна окружна швидкість колектора повинна задовольняти умові:
де n д. max - максимальна частота обертання двигуна, яка визначається
за формулою:
де n д.дл - номінальна частота обертання двигуна в тривалому
режимі, 650 об / хв;
u max - конструкційна швидкість тепловоза, 115 км / год;
u дл - швидкість тривалого режиму, 30 км / ч.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Підставляючи чисельні значення у формулу (45), отримуємо:
Крім цього отримані значення D a і D К повинні знаходитись у співвідношенні
D К = 0,75 ... 0,85 D a. (47)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
D К = 0,76 × 560 = 425 мм.
Отримані значення t К і D До остаточно уточнимо в процесі подальшого розрахунку.
Попередньо глибину паза визначимо за такою формулою:
h z = 0,08 ... 0,12 t, (48)
де t - полюсний поділ, який визначається за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні значення у формулу (48), отримуємо:
h z = 0,1 × 440 = 44 мм.
Ширину паза визначимо за такою формулою:
b п = 0,35 ... 0,45 × t 1. (50)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
b п = 0,4 × 28 = 11,2 мм.
З досвіду проектування ТЕД: h z / b п = 2,5 ... 6 = 44/11, 2 = 4.
Остаточно розміри паза визначимо після визначення розмірів міді провідників обмотки, їх кількістю в пазу і товщиною ізоляції.
Площа перерізу міді провідника обмотки визначимо за такою формулою:
де j a - щільність струму в обмотки якоря, визначається за формулою:
де Aj a - фактор нагріву, при класі ізоляції F Aj a = 3000 А 2 / (см × мм 2).
Підставляючи чисельні дані, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні значення в (51), отримуємо:
Для обмеження величини додаткових втрат висота кожного провідника в залежності від частоти перемагнічування сердечника якоря f п = pn д.дл / 60 = 2 × 650/60 = 21,6 Гц повинна бути не більше зазначеного в таблиці 1.1 h м = 10,5 мм .
За отриманого значення S a намічаємо розміри провідника по ГОСТ 434-78 за додатком 2: b = 10 мм, а = 2,24 мм і S a = 22,04 мм 2.
Вибираємо горизонтальне розташування провідників у пазу.
Розрахунок розмірів паза зручно представити у вигляді таблиці 1.
Таблиця 1 - Розрахунок розмірів паза
| Найменування | Матеріал | Розмір, мм | Число шарів | Загальний розмір, мм |
Провідник | Мідь ПММ | 10х2, 24 | 1 / 8 | 10/17, 92 |
Віткових ізоляція | Провід ПЕТВЛСД | 0,16 / 0,16 | 2 / 16 | 0,32 / 2,56 |
Корпусні ізоляція | Стеклослюдінітовая стрічка | 0,08 / 0,08 | 16/32 | 1,28 / 2,56 |
Покривна ізоляція | Стеклолента | 0,1 / 0,1 | 2 / 4 | 0,2 / 0,4 |
| Прокладки на дно, між котушками і під клин | Склотекстоліт | - / 0,35 | - / 4 | - / 1,4 |
Клин | Склотекстоліт | - / 5 | - / 1 | - / 5 |
Зазор на укладання | - | 0,25 / 0,20 | - | 0,25 / 0,20 |
Расшіхтовка | - | 0,15 / - | - | 0,15 / - |
| І т о г о | b п / h z = 12,2 / 30,04 | |||
де ℓ S - довжина лобових частин обмотки якоря, визначається за формулою:
ℓ S = 1,2 ... 1,3 t. (54)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
ℓ S = 1,2 × 44 = 52,8 см.
Тоді підставляючи чисельні значення в (53), отримуємо:
Середня величина реактивної ЕРС за період комутації буде:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Крок по колектору, рівний результуючою кроку по елементарних пазах Z е = К, визначається так:
Для поліпшення комутації і зменшення витрати міді обмотки якоря ТЕД виконують укороченими.
Крок за реальними пазах
де e п - пазові вкорочення кроку.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Перший частковий крок за елементарними пазах
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Другий частковий крок за елементарними пазах
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Опір обмотки якоря при 20 ° С
де r - питомий електричний опір міді при 20 ° С,
r = 0,0175 Ом × мм 2 / м;
Sl a - сумарна довжина провідників однієї паралельної гілки обмотки,
яка визначається за формулою:
де ℓ п - повна довжина одного провідника обмотки, яка визначається за
формулою:
Таким чином,
Тоді підставляючи чисельні значення в (60) і (59), отримуємо:
Крок зрівняльних з'єднань у колекторних поділках:
у кр = К / р = 248 / 2 = 124.
Площа перерізу зрівнювача визначимо за такою формулою:
S у = 0,3 ... 0,35 × S а. (62)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
S у = 0,3 × 22,04 = 6,61 мм 2.
Товщину провідника зрівнювача приймаємо рівною товщині провідника обмотки якоря, що спрощує підключення зрівнювача з колектором.
2.1 Розрахунок колекторно-щіткового вузла
Число щіткотримачів звичайно дорівнює числу головних полюсів.
Контактна площа щіток одного щіткотримача
де j щ - що допускається щільність струму під щіткою, А / см 2.
Залежно від типу і характеристик щіток
j щ = 9 ¸ 18 А / см 2. (64)За рекомендаціями, вибираємо щітку марки ЕГ74АФ. Допустиме тиск на щітку 15 ¸ 21 кПа, падіння напруги 2,3 В, j щ = 15 А / см 2. Тоді
Найбільш важливо правильно вибрати ширину щітки, яка впливає на ширину зони комутації, а остання на ступінь використання активного шару машини.
З практики електромашинобудування встановлено, що прийнятна величина щіткового перекриття
де b щ - ширина щітки, мм.
Звідси
b щ = g × t к. (66)Зазвичай для тягових двигунів
g = 2,5 ¸ 6. (67)
Приймаються g = 4, тоді
b щ = 4 × 4 = 16 мм.
Приймаються b щ = 16 мм.
Ширину зони комутації визначають за відомою формулою
де e к - вкорочення обмотки в колекторних поділках;
t ¢ до - колекторне поділ, перелічене на коло якоря, мм,
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні значення в (68), отримуємо:
Максимально допустима ширина щітки
Виконуємо щітку розрізний; приймаємо стандартну ширину щітки по ГОСТ 12232-89; b щ = 2'25 мм.
Загальна довжина щіток одного щіткотримача
Для зменшення інерційності щіток, їх чутливості до вібрацій і геометрії колектора щітки слід приймати меншої довжини і маси, тому їх ділять по довжині на N щ щіток. Приймаються N щ = 2.
Запланована довжина щітки
За ГОСТ 12232-89 приймаємо ℓ щ = 60 мм.
Щільність струму в щітці
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Отримана величина щільності струму в щітці входить в заданий діапазон для обраної марки щітки, тобто обрана марка щітки задовольняє умові з комутації.
Робоча довжина колектора
де ℓ 1 - товщина перемички щіткотримача між "вікнами" щіток, ℓ 1 = 4 мм;
r кр - радіус закруглення країв робочої поверхні колектора, r кр = 2 мм;
ℓ 2 - допуск на осьове переміщення якоря, ℓ 2 = 2 мм;
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Достатність робочої довжини колектора для його охолодження оцінюється за емпіричною формулою без урахування механічних втрат
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Решта розміри колектора: ширину канавки у півників для виходу шліфувального круга і фрези для продорожкі ℓ кн і ширину півників колектора ℓ пт беруть з досвіду проектування ТЕД: ℓ кн = 10 мм; ℓ пт = 20 мм.
Тоді загальна довжина колекторних пластин
L до = L до + ℓ кн + ℓ пт, (77)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
L до = 156 +10 + 20 = 186 мм.
2.4 Розбирання ескізу магнітного ланцюга
Основний магнітний потік, з метою перевірки правильності розрахунку, визначаємо за двома формулами:
Ф д дл = a t × B d × t × ℓ а × 10 -4; (78)
Зазвичай Е д дл = (0,95 ¸ 0,96) × U д дл.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Сердечник якоря.
Приймаються восьмигранну форму кістяка, 2р = 4.
Ефективна висота перерізу осердя (ярма) якоря
де К з - коефіцієнт заповнення сердечника сталлю, враховує ізоляцію
між листами сердечника якоря; К з = 0,97;
В а - індукція в сердечнику якоря, В а = 1,5 Тл.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Так як в осерді якоря є вентиляційні канали, тому конструктивна висота сердечника якоря буде більше в радіальному напрямку на величину, яка визначається за емпіричною формулою:
де d к - діаметр вентиляційних каналів, d к = 3 см;
m к - число рядів каналів; m к = 3.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Канали розміщують у шаховому порядку із кроком зовнішнього ряду 9 см.
Внутрішній діаметр сердечника якоря
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Так як D а = 56 см, то, керуючись рекомендаціями, втулку якоря не застосовуємо.
Повітряний зазор під головними полюсами машини.
Цей розмір має великий вплив на експлуатаційні характеристики двигуна.
Повітряний зазор під серединою полюса
d 0 = (0,012 ¸ 0,015) × D a; (83)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
d 0 = 0,012 × 560 = 8,4 мм.
При ексцентричному повітряному зазорі еквівалентний зазор d е. пов'язаний із зазорами під серединою полюса d 0 і під краєм d кр залежністю:
Задаємося ставленням
d кр = 2 × 8,4 = 16,8 мм,
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Сердечник головного полюса.
Вважаємо, що дійсна полюсна дуга b p дорівнює розрахункової b d. Отже
b p = a t × t, (85)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
b p = 0,62 × 44 = 27,3 мм.
Площа перетину сердечника полюса
де В т - індукція в сердечнику полюса, У т = 1,7 Тл;
s - коефіцієнт розсіювання поля головних полюсів, s = 1,1.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Ширина осердя полюса
де К ¢ с - коефіцієнт заповнення сердечника полюса сталлю, К ¢ с = 0,97;
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Для того, щоб котушка головного полюса не стосувалася сердечника якоря, приймаємо висоту виступу D = 0,5 см.
Індукція в розі сердечника повинна бути
У ріг £ 2 ¸ 2,2 Тл. (88)
де bc, ab - відрізки;;
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Ширина опорної полички для котушки
b оп = (0,15 ¸ 0,2) × b т, (90)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
b оп = 0,2 × 18,3 = 3,7 см.
Висота сердечника полюса
h т = (0,2 ¸ 0,25) × t, (91)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
h т = 0,2 × 44 = 8,8 см.
Станина (остов) двигуна.
Приймаються восьмигранну форму кістяка. Найбільша ширина кістяка
У д max £ 2 × Ц - d ¢ про + 2 × t ст - 1, (92)
де t ст - підріз кістяка в місці розташування МОП, t ст = 2,5 см;
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
У д max = 2 × 59 - 23,5 + 2 × 2,5 - 1 = 98,5 см.
Довжина потовщеній частині остову приймається найменшою з значень
ℓ ст = ℓ а +0,8 × t, (93)
ℓ ст = 2,3 × ℓ а, (94)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
ℓ ст = 44 + 0,8 × 44 = 79,2 см,
ℓ ст = 2,3 × 44 = 101,2 см.
Приймаються ℓ ст = 79,2 см.
Площа поперечного перерізу станини
де В ст - індукція в станині, У ст = 1,55 Тл;
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Товщину станини в місці розташування головних полюсів h ¢ ст роблять більше, ніж під додатковими - h ² ст, так як по остову у головних полюсів замикається не тільки основний потік, але і потік розсіювання.
Таким чином
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Перевіряємо розмір В д.
У д = D a + 2 × (d 0 × 10 -1 + h т + h ст), (98)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
У д = 56 + 2 × (0,84 + 8,8 + 6) = 87,3 см.
Потилицю сердечника полюса, дотичний до остовом, окреслюють радіусом, рівним
Висоту припливів кістяка h ¢ т, розточується під сердечником головних полюсів, приймаємо рівною 1 см. На внутрішніх гранях кістяка, розташованих під кутом 45 ° до горизонтальної осі машини, розміщуються додаткові полюси.
Ширина площадки для установки додаткових полюсів
С = (0,14 ¸ 0,15) × У д, (100)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
З = 0,14 × 87,3 = 13 см.
Таким чином, визначені всі розміри полюсного вікна.
2.5 Розрахунок магнітних напруг ділянок магнітного ланцюга
Повітряний зазор. Вибору розмірів і форми повітряного зазору під головним полюсом надається при проектуванні особливе значення. Від правильності цього вибору залежать потенційна й комутаційна стійкість двигуна, ймовірність виникнення кругового вогню на колекторі, електромеханічні характеристики, габарити, маса ТЕД та ін
Підвищена потенційна напруженість, тобто наявність великих межламельних напружень, - одна з причин виникнення кругових вогнів на колекторі. Величина допустимого максимального напруження (при товщині ізоляції між пластинами D з = (0,8 ¸ 1,2) мм)
е до max £ (35 ¸ 40) × В d, (101)
Задаємося е до max = 35 В. Потенційну стійкість ТЕД слід забезпечити при найважчому режимі роботи, відповідному конструкційної швидкості V max, максимального напруження на двигуні U д max та мінімального коефіцієнту ослаблення збудження a min. При цьому режимі спотворює дію поперечної реакції якоря на розподіл індукції під головними полюсами максимально. Знизити нерівномірність цього розподілу можна шляхом збільшення повітряного зазору, проте при цьому для збереження необхідного магнітного потоку зростає МДС обмотки головних полюсів. Більш раціональне рішення - це виконати повітряний зазор, що розходяться від центру полюсного наконечника до його краю. Тим самим збільшується магнітне опір у міру наближення до краю полюсного наконечника.
Так як поперечна реакція якоря наростає від середини полюса до його країв, то збільшення зазору, а отже, і магнітного опору в міру наближення до краю полюса, буде послаблювати спотворює дію реакції якоря.
З технологічних міркувань частіше використовують ексцентричний зазор, при якому радіус розточення наконечників полюсів вибирають більше радіуса якоря.
Такий зазор характеризується співвідношенням розмірів зазору у краю полюса d кр і під його серединою d 0.
Максимально допустимий коефіцієнт спотворення поля
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
За графіком 2.6, знаходимо значення коефіцієнта стійкості поля К у = 0,7.
Визначаємо МДС в повітряному зазорі
де К v - коефіцієнт регулювання швидкості тепловоза при повному використанням
ня потужності тепловоза;
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді
Визначаємо еквівалентний повітряний зазор з урахуванням коефіцієнта повітряного зазору До d е, враховує зубчасте будова якоря:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Знаходимо дійсний еквівалентний повітряний зазор d е, враховуючи, що він пов'язаний з отриманим розрахунковим значенням d ¢ е. співвідношенням
d ¢ е = До d е. × d е, (106)
де К d е - коефіцієнт повітряного зазору;
де
b z 1 = t 1 + b п, (108)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
b z1 = 28 -12,2 = 15,8 мм,
Підставивши вираз (107) в (106), отримаємо
Звідси приходимо до квадратного рівняння відносно d е:
коріння якого рівні
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Визначаємо зазор під центром сердечника
Коефіцієнт К е визначаємо за графіком 2.5 у функції d кр / d 0, До е = 1,52.
Визначаємо зазор під краєм сердечника полюса
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Площа повітряного зазору
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Зубцова зона. Розрахунок виконуємо по магнітної індукції, яка визначається в розрахунковому перерізі зубця, віддаленому від його заснування на 1 / 3 висоти:
де b Z 1 / 3 - ширина зубця на висоті 1 / 3 від його заснування, яка визначається
за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Підставляючи чисельні значення в (115), отримуємо:
Так як
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді дійсна індукція в зубці буде:
де m 0 - магнітна постійна, m 0 = 1,25 Гн / см.
Тоді
Знаходимо магнітне напруга в зубці
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Площа перерізу зубцевого шару
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Сердечник якоря. Для прийнятого раніше значення індукції в сердечнику якоря В а по кривих намагнічування, наведеним у додатку 4,, знаходимо напруженість магнітного поля Н а.
Магнітне напругу в осерді якоря
F a = H a × L a, (121)
де L a - довжина середньої силової лінії в осерді якоря, визначається за
формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
По додатку 4,, для сталі 1312 знаходимо Н а = 14 А / см. Тоді
F a = 14 × 19,6 = 274,4 А.
Сердечник головного полюса зазвичай виготовляють набірним з штампованих листів маловуглецевої сталі Ст2.
Для прийнятого раніше значення індукції в сердечнику полюса по кривих намагнічування (додаток 4) знаходимо напруженість магнітного поля Н т = 70,5 А / см.
Магнітне напругу в сердечнику полюса визначається за формулою:
F т = Н т × h т, (123)
де h т - попередньо прийнята раніше висота полюса, 8,8 см.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
F т = 70,5 × 8,8 = 620,4 А.
Станина двигуна звичайно виконують литим з стали 25 Л.
Для прийнятого раніше значення індукції в станині У ст по кривих намагнічування (додаток 4) знаходимо напруженість магнітного поля Н ст = 39 А / см.
Магнітне напругу в сердечнику полюса визначимо за такою формулою:
F ст = Н ст × L ст, (124)
де L ст - довжина середньої силовий магнітної лінії в станині, визначається
за формулою:
L ст = 0,65 ... 0,75 × t. (125)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
L ст = 0,7 × 44 = 30,8 см.
Тоді підставляючи чисельні значення в (124), отримуємо:
F ст = 39 × 30,8 = 1201,2 А.
Загальна МДС магнітного ланцюга визначається за формулою:
F о.дл. = F d + F z + F a + F т + F ст. (126)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
F о.дл. = 1216 +274,4 +620,4 +1201,2 +7258 = 10600 А.
У правильно розрахованому двигуні коефіцієнт насичення в тривалому режимі повинен бути:
до н = F о.дл. / F d = 1,5 ... 2,0. (127)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
до н = 10600/7258 = 1,5.
Розрахунок розмагнічує дії реакції якоря виробляємо за методом А. Б. Іоффе.
Для компенсації розмагнічує дії реакції якоря відповідна МДС
де до р - коефіцієнт розмагнічування, до р = 0,15;
F ря - реакція якоря, визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні дані в (128), отримуємо:
Результати розрахунку магнітного кола для тривалого режиму доцільно звести в таблицю 2.
Таблиця 2 - Розрахунок магнітного кола для тривалого режиму
2.6 Розрахунок головних полюсів, комутації і додаткових полюсів
Необхідну кількість витків котушки головних полюсів визначимо за формулою:
W в = F ВДЛ. / I ВДЛ. (130)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
W в = 11884/550 = 22.
Поперечний перетин міді котушки визначимо за такою формулою:
S в = I в.дл. / j в, (131)
де j в - щільність струму в провідниках обмотки, приймаємо 6 А / мм 2.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
S в = 550 / 6 = 92 мм 2.
Середня величина реактивної ЕРС за цикл комутації в тривалому режимі визначається за формулою:
e r. СР = 2W c × A × ℓ a × u а. дл. × l п × 10 -6. (132)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
e r. ср = 2 × 1 × 389 × 44 × 18 × 2,68 × 10 -6 = 1,65 В <6 В.
Довжину сердечника додаткового полюса приймаємо рівною довжині сердечника якоря, ℓ а = ℓ тощо = 44 см.
Коммутирующая ЕРС як ЕРС обертання визначається за формулою:
е к = 2W c × В до × ℓ a × u а.дл. × 10 -2, (133)
де В к - індукція в зоні комутації.
Виходячи з умови, що е к = е r. СР, визначаємо В до:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Магнітний потік в зоні комутації визначимо за формулою:
Ф к = В до × ℓ а × b d д × 10 -4, (135)
де b d д - розрахункова дуга наконечника додаткового полюса, визначається
за формулою:
b d д = b д + 2 ... 3 × d д, (136)
b д - ширина наконечника додаткового полюса, приймаємо
b д = 1,1 ... 1,5 × t 1 = 1,3 × 2,8 = 3,64 см.
d д - повітряний зазор під додатковим полюсом з боку якоря,
d д = d про +1 ... 3 мм = 7 + 2 = 9 мм.
Підставляючи чисельні значення в (136), отримуємо:
b d д = 3,64 + 2,5 × 9 = 5,89 см.
Тоді магнітний потік в зоні комутації буде:
Ф к = 0,104 × 44 × 5,89 × 10 -4 = 0,0027 Вб.
Магнітний потік у сердечнику полюса визначимо за формулою:
Ф тд = Ф к + Ф d д, (137)
де Ф d д - магнітний потік розсіювання додаткового полюса.
Коммутирующий магнітний потік Ф до значно менше магнітного потоку в сердечнику полюса
Ф тд = s д × Ф к, (138)
де s д - коефіцієнт розсіювання додаткового полюса, приймаємо s д = 3.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Ф тд = 3 × 0,027 = 0,081 Вб.
Тоді з виразу (137) виразимо магнітний потік розсіювання додаткового полюса Ф d д:
Ф d д = Ф тд - Ф к = 0,081 - 0,027 = 0,054 Вб.
Індукцію в сердечнику полюса при номінальному струмі тривалого режиму приймаємо У тд = 0,6 Тл.
Ширина осердя додаткового полюса буде:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Для зниження ймовірності виникнення кругового вогню на колекторі при різких кидках струму у додаткових полюсів передбачають другий повітряний зазор з боку, виконаний за допомогою немагнітних прокладок. Величина цього зазору приймаємо d д '= 0,3 ... 0,5 × d д = 0,4 × 9 = 3,6 мм.
МДС на один полюс визначимо за такою формулою:
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Число витків котушки додаткового полюса визначимо за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Ступінь компенсації поля реакції якоря буде:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Площа перерізу провідника котушки додаткового полюса визначимо за такою формулою:
де j д - допустима щільність струму, приймаємо j д = 5 А / мм 2.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
2.7 Визначення коефіцієнта корисної дії при
тривалому режимі
Коефіцієнт корисної дії тягового двигуна в тривалому режимі визначається за наступною формулою:
де åDР д - сума втрат у двигуні.
Втрати в міді обмоток якоря, головних і додаткових полюсів визначають при температурі обмоток t р ° = 115 ° С за такою формулою:
де r at, r гп t, r дп t - відповідно опору обмоток якоря, головних і
додаткових полюсів при t р ° = 115 ° С, які розраховуються
за наступною формулою:
де r it - опір i-тої обмотки при температурі t р ° = 115 ° С;
r ix - опір i-тої обмотки при температурі t р ° = 20 ° С, беремо по
двигуну-аналогу r а t = 0,013 Ом, r гп t = 0,0105 Ом, r дп t = 0,00821 Ом;
a о - температурний коефіцієнт міді при 0 ° С, приймаємо a о = 1 / 235.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні дані в (145), отримуємо:
Магнітні втрати при холостому ході (втрати в сталі).
Основні втрати в сталі, складаються з втрат на гістерезис і вихрові струми, які визначаються за такою формулою:
де до х - коефіцієнт втрат в сталі, що залежить від її марки, приймаємо 2,3;
p Z, p a - відповідно питомі втрати в зубцях і сердечнику якоря,
визначаються за наступними формулами:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
m Z, m а - відповідно маса стали зубців і сердечника якоря, визначаються
за наступними формулами:
де g с - щільність сталі, приймаємо g = 7,85 г / см 3;
b Z Ѕ - ширина зубця на висоті Ѕ від основи, визначається за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні значення в (150) і (151), отримуємо:
Таким чином, магнітні втрати в сталі будуть:
Додаткові втрати при навантаженні включають в себе: втрати в міді і втрати в сталі, викликані спотворенням магнітного поля реакцією якоря.
Додаткові втрати при навантаженні визначимо за такою формулою:
DР доб = к доб × DР ст, (152)
де до доб - коефіцієнт додаткових втрат, приймаємо по таблиці 3.1 в
залежно від струму двигуна по відношенню до номінального
значенням. Так як I д / I д.дл = 1, то до доб = 0,3.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
DР доб = 0,3 × 641 = 192,3 Вт
Втрати в перехідних контактах щіток визначимо за такою формулою:
DР щ = DU × I д,
де DU щ - падіння напруги в перехідних контактах щіток, приймаємо в
залежно від марки щіток. Для щітки ЕГ74АФ: DU щ = 2,3 В.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
DР щ = 2,3 × 550 = тисячі двісті шістьдесят п'ять Вт
Механічні втрати:
1) втрати в підшипниках і на тертя якоря об повітря визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
2) втрати на тертя щіток з колектором визначається за формулою:
DР до = 100 × åS щ × F щ × f тр × u до × 2р щ, (154)
де åS щ - загальна площа прилягання щіток до колектора;
F щ - питомий тиск на щітки, приймаємо F щ = 0,035 МПа;
f тр - коефіцієнт тертя щіток по колектору, приймаємо f тр = 0,15;
u к - окружна швидкість колектора.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
DР к = 100 × 18,3 × 0,035 × 10 6 × 0,15 × 53 × 4 = 2037 Вт
Сума втрат у двигуні буде:
åDР д = DР м + DР ст + DР доб + DР щ + DР тр + DР к. (155)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
åDР д = 12917 +641 +192,3 +1265 +0,63 +2037 = 17053 Вт
Тоді коефіцієнт корисної дії тягового двигуна буде:
3 РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВИХ ДВИГУНІВ,
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА і тепловози
3.1 Зовнішня характеристика генератора
Зовнішня характеристика генератора U г = f (I г) має вигляд гіперболи і будуватися по трьох точках з координатами:
I р. min, U р. max; I г.дл, U г.дл; I р. max, U р. min.
Праворуч і зверху вона обмежується відрізками, відповідними обмеженнями щодо максимального струму і напрузі генератора.
3.2 Характеристика намагнічування ТЕД
Виконання розрахунку магнітного кола дозволило визначити значення МДС, необхідної для створення магнітного потоку тривалого режиму.
Переймаючись та іншими значеннями магнітного потоку (0,4 Ф д.дл; 0,6 Ф д.дл; 0,8 Ф д.дл; 1,15 Ф д.дл), визначимо МДС головних полюсів F про i, необхідні для проведення зазначених потоків по магнітного ланцюга двигуна.
Розрахунок зводимо в таблицю 3
F о.дл. = 1216 +274,4 +620,4 +1201,2 +7258 = 10600 А.
У правильно розрахованому двигуні коефіцієнт насичення в тривалому режимі повинен бути:
до н = F о.дл. / F d = 1,5 ... 2,0. (127)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
до н = 10600/7258 = 1,5.
Розрахунок розмагнічує дії реакції якоря виробляємо за методом А. Б. Іоффе.
Для компенсації розмагнічує дії реакції якоря відповідна МДС
де до р - коефіцієнт розмагнічування, до р = 0,15;
F ря - реакція якоря, визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні дані в (128), отримуємо:
Результати розрахунку магнітного кола для тривалого режиму доцільно звести в таблицю 2.
Таблиця 2 - Розрахунок магнітного кола для тривалого режиму
| Ділянка магнітного ланцюга | Довжина ділянки, см | Площа перерізу, м 2 | Індукція, Тл | Напря-боргованості, А / см | МДС ділянки, А |
| Повітряний зазор | 0,84 | 0,12 | 0,99 | 8641 | 7258 |
| Зубцова зона | 30,04 | 0,06 | 1,96 | 400 | 1216 |
| Сердечник якоря | 19,6 | 0,197 | 1,5 | 14 | 274,4 |
| Сердечник полюса | 8,8 | 0,078 | 1,7 | 70,5 | 620,4 |
| Станина | 30,8 | 4,26 | 1,55 | 39 | 1201,2 |
| МДС при холостому ході | 10600 | ||||
| Розмагнічує сила реакції якоря | 1284 | ||||
| МДС при навантаженні | 11884 | ||||
Необхідну кількість витків котушки головних полюсів визначимо за формулою:
W в = F ВДЛ. / I ВДЛ. (130)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
W в = 11884/550 = 22.
Поперечний перетин міді котушки визначимо за такою формулою:
S в = I в.дл. / j в, (131)
де j в - щільність струму в провідниках обмотки, приймаємо 6 А / мм 2.
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
S в = 550 / 6 = 92 мм 2.
Середня величина реактивної ЕРС за цикл комутації в тривалому режимі визначається за формулою:
e r. СР = 2W c × A × ℓ a × u а. дл. × l п × 10 -6. (132)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
e r. ср = 2 × 1 × 389 × 44 × 18 × 2,68 × 10 -6 = 1,65 В <6 В.
Довжину сердечника додаткового полюса приймаємо рівною довжині сердечника якоря, ℓ а = ℓ тощо = 44 см.
Коммутирующая ЕРС як ЕРС обертання визначається за формулою:
е к = 2W c × В до × ℓ a × u а.дл. × 10 -2, (133)
де В к - індукція в зоні комутації.
Виходячи з умови, що е к = е r. СР, визначаємо В до:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Магнітний потік в зоні комутації визначимо за формулою:
Ф к = В до × ℓ а × b d д × 10 -4, (135)
де b d д - розрахункова дуга наконечника додаткового полюса, визначається
за формулою:
b d д = b д + 2 ... 3 × d д, (136)
b д - ширина наконечника додаткового полюса, приймаємо
b д = 1,1 ... 1,5 × t 1 = 1,3 × 2,8 = 3,64 см.
d д - повітряний зазор під додатковим полюсом з боку якоря,
d д = d про +1 ... 3 мм = 7 + 2 = 9 мм.
Підставляючи чисельні значення в (136), отримуємо:
b d д = 3,64 + 2,5 × 9 = 5,89 см.
Тоді магнітний потік в зоні комутації буде:
Ф к = 0,104 × 44 × 5,89 × 10 -4 = 0,0027 Вб.
Магнітний потік у сердечнику полюса визначимо за формулою:
Ф тд = Ф к + Ф d д, (137)
де Ф d д - магнітний потік розсіювання додаткового полюса.
Коммутирующий магнітний потік Ф до значно менше магнітного потоку в сердечнику полюса
Ф тд = s д × Ф к, (138)
де s д - коефіцієнт розсіювання додаткового полюса, приймаємо s д = 3.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Ф тд = 3 × 0,027 = 0,081 Вб.
Тоді з виразу (137) виразимо магнітний потік розсіювання додаткового полюса Ф d д:
Ф d д = Ф тд - Ф к = 0,081 - 0,027 = 0,054 Вб.
Індукцію в сердечнику полюса при номінальному струмі тривалого режиму приймаємо У тд = 0,6 Тл.
Ширина осердя додаткового полюса буде:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Для зниження ймовірності виникнення кругового вогню на колекторі при різких кидках струму у додаткових полюсів передбачають другий повітряний зазор з боку, виконаний за допомогою немагнітних прокладок. Величина цього зазору приймаємо d д '= 0,3 ... 0,5 × d д = 0,4 × 9 = 3,6 мм.
МДС на один полюс визначимо за такою формулою:
Тоді підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Число витків котушки додаткового полюса визначимо за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Ступінь компенсації поля реакції якоря буде:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Площа перерізу провідника котушки додаткового полюса визначимо за такою формулою:
де j д - допустима щільність струму, приймаємо j д = 5 А / мм 2.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
2.7 Визначення коефіцієнта корисної дії при
тривалому режимі
Коефіцієнт корисної дії тягового двигуна в тривалому режимі визначається за наступною формулою:
де åDР д - сума втрат у двигуні.
Втрати в міді обмоток якоря, головних і додаткових полюсів визначають при температурі обмоток t р ° = 115 ° С за такою формулою:
де r at, r гп t, r дп t - відповідно опору обмоток якоря, головних і
додаткових полюсів при t р ° = 115 ° С, які розраховуються
за наступною формулою:
де r it - опір i-тої обмотки при температурі t р ° = 115 ° С;
r ix - опір i-тої обмотки при температурі t р ° = 20 ° С, беремо по
двигуну-аналогу r а t = 0,013 Ом, r гп t = 0,0105 Ом, r дп t = 0,00821 Ом;
a о - температурний коефіцієнт міді при 0 ° С, приймаємо a о = 1 / 235.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні дані в (145), отримуємо:
Магнітні втрати при холостому ході (втрати в сталі).
Основні втрати в сталі, складаються з втрат на гістерезис і вихрові струми, які визначаються за такою формулою:
де до х - коефіцієнт втрат в сталі, що залежить від її марки, приймаємо 2,3;
p Z, p a - відповідно питомі втрати в зубцях і сердечнику якоря,
визначаються за наступними формулами:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
m Z, m а - відповідно маса стали зубців і сердечника якоря, визначаються
за наступними формулами:
де g с - щільність сталі, приймаємо g = 7,85 г / см 3;
b Z Ѕ - ширина зубця на висоті Ѕ від основи, визначається за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Тоді підставляючи чисельні значення в (150) і (151), отримуємо:
Таким чином, магнітні втрати в сталі будуть:
Додаткові втрати при навантаженні включають в себе: втрати в міді і втрати в сталі, викликані спотворенням магнітного поля реакцією якоря.
Додаткові втрати при навантаженні визначимо за такою формулою:
DР доб = к доб × DР ст, (152)
де до доб - коефіцієнт додаткових втрат, приймаємо по таблиці 3.1 в
залежно від струму двигуна по відношенню до номінального
значенням. Так як I д / I д.дл = 1, то до доб = 0,3.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
DР доб = 0,3 × 641 = 192,3 Вт
Втрати в перехідних контактах щіток визначимо за такою формулою:
DР щ = DU × I д,
де DU щ - падіння напруги в перехідних контактах щіток, приймаємо в
залежно від марки щіток. Для щітки ЕГ74АФ: DU щ = 2,3 В.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
DР щ = 2,3 × 550 = тисячі двісті шістьдесят п'ять Вт
Механічні втрати:
1) втрати в підшипниках і на тертя якоря об повітря визначається за наступною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
2) втрати на тертя щіток з колектором визначається за формулою:
DР до = 100 × åS щ × F щ × f тр × u до × 2р щ, (154)
де åS щ - загальна площа прилягання щіток до колектора;
F щ - питомий тиск на щітки, приймаємо F щ = 0,035 МПа;
f тр - коефіцієнт тертя щіток по колектору, приймаємо f тр = 0,15;
u к - окружна швидкість колектора.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
DР к = 100 × 18,3 × 0,035 × 10 6 × 0,15 × 53 × 4 = 2037 Вт
Сума втрат у двигуні буде:
åDР д = DР м + DР ст + DР доб + DР щ + DР тр + DР к. (155)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
åDР д = 12917 +641 +192,3 +1265 +0,63 +2037 = 17053 Вт
Тоді коефіцієнт корисної дії тягового двигуна буде:
3 РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВИХ ДВИГУНІВ,
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА і тепловози
3.1 Зовнішня характеристика генератора
Зовнішня характеристика генератора U г = f (I г) має вигляд гіперболи і будуватися по трьох точках з координатами:
I р. min, U р. max; I г.дл, U г.дл; I р. max, U р. min.
Праворуч і зверху вона обмежується відрізками, відповідними обмеженнями щодо максимального струму і напрузі генератора.
3.2 Характеристика намагнічування ТЕД
Виконання розрахунку магнітного кола дозволило визначити значення МДС, необхідної для створення магнітного потоку тривалого режиму.
Переймаючись та іншими значеннями магнітного потоку (0,4 Ф д.дл; 0,6 Ф д.дл; 0,8 Ф д.дл; 1,15 Ф д.дл), визначимо МДС головних полюсів F про i, необхідні для проведення зазначених потоків по магнітного ланцюга двигуна.
Розрахунок зводимо в таблицю 3
Таблиця 3 - Розрахунок характеристики намагнічування
\ S
\ S
| Ділянка магнітного ланцюга | Розмір ділянки | Ф д = 0,4 × Ф ддл, Вб | Ф д = 0,6 × Ф ддл, Вб | Ф д = 0,8 × Ф ддл, Вб | Ф д = 1,15 × Ф ддл, Вб | |||||||||
| поперечний переріз, см 2 | довжина, см | В, Тл | Н, А / см | F, А | В, Тл | Н, А / см | F, А | В, Тл | Н, А / см | F, А | В, Тл | Н, А / см | F, А | |
| Повітряний зазор | 0,12 | 0,84 | 0,396 | 3456 | 2903 | 0,594 | 5064 | 4355 | 0,792 | 6751 | 5806 | 1,14 | 9706 | 8347 |
| Зубцова зона | 0,06 | 3,004 | 0,784 | 50 | 150 | 1,176 | 110 | 330 | 1,57 | 280 | 841 | 2,25 | 570 | 1712 |
| Сердечник якоря | 0,197 | 19,6 | 0,6 | 3,9 | 76 | 0,9 | 9,8 | 114 | 1,2 | 7,7 | 151 | 1,725 | 58 | 1137 |
| Сердечник полюса | 0,078 | 8,8 | 0,68 | 3,4 | 30 | 1,02 | 5,95 | 52 | 1,36 | 13 | 114 | 1,96 | 245 | 2156 |
| Станина | 4,26 | 30,8 | 0,62 | 2,2 | 68 | 0,93 | 4,5 | 139 | 1,24 | 11,8 | 163 | 1,78 | 110 | 3388 |
| Сумарна намагнічує сила F 0 i | 3227 | 4990 | 7275 | 16740 | ||||||||||
Рисунок 3 - Зовнішня характеристика генератора
Рисунок 4 - Характеристика намагнічування тягового електродвигуна
3.3 Електромеханічні характеристики ТЕД
Побудова електромеханічних характеристик проводиться з використанням універсальної характеристикою намагнічування.
Побудуємо в абсолютних одиницях по декількох точках швидкісну і моментную характеристики, як для повного поля, так і для ослабленого поля:
Спочатку при постійній напрузі на затисках ТЕД, а потім - при напрузі, яка змінюється відповідно до зовнішньої характеристикою генератора.
Розрахунок проводимо за методикою, зазначеної в і дані розрахунку зведемо в таблицю 4.
3.4 Розгінні характеристики ТЕД
Для побудови розгінних характеристик розрахуємо швидкості переходів з ПП на ОП1, з ОП1 на ОП2. А також значення струмів і напруг при переході.
Швидкість на ободі колеса визначається за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Швидкість переходу ПП на ОП1 визначається за емпіричною формулою:
u 1 = 0,71 × u дл × К г 1,5. (157)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
u 1 = 0,71 × 30 × 1,4 1,5 = 35 км / ч.
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Значення струмів і напруг при повному і ослабленому полем визначимо за такими емпіричними формулами:
- Повне поле
- Ослаблене поле 1
- Ослаблене поле 2
де u - швидкість, при розрахунку розгінних характеристик вона задається
в інтервалі від 0 до u до
3.5 Тягова характеристика тепловоза
Тягову характеристику тепловоза будуємо за даними таблиці 4. Для вибраних режимів ТЕД (ПП, ОП1, ОП2) беремо з таблиці відповідають певним струмам значення сили тяги, множимо на кількість ТЕД, і швидкості й налагоджувати їх в координатах u, F к.
У результаті для кожного з режимів роботи отримуємо свою криву F к = | (u).
Тягова характеристика обмежується праворуч максимальною швидкістю, а зверху - силою тяги по зчепленню. Крива сили тяги по зчепленню будується відповідно до формули:
де
Переймаючись різними значеннями u, знаходимо за формулою (163) - y к і потім за формулою (162) - F к.сц.
На тягової характеристики наносимо обмеження сили тяги по тривалому току і максимальному току.
Побудуємо також характеристику потужності тепловоза для кожного з режимів роботи за формулою:
Техніко-економічні показники дозволяють робити укріплену оцінку витрати активних матеріалів на електричну машину даного типу.
Маса тягового електродвигуна та синхронного генератора визначається за наступною формулою:
де К m - коефіцієнт пропорційності, приймаємо для ТЕД До m = 10,
для СГ До m = 7.
Підставляючи чисельні дані, отримуємо
Питома маса проектованих машин визначається за такими формулами:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Побудова електромеханічних характеристик проводиться з використанням універсальної характеристикою намагнічування.
Побудуємо в абсолютних одиницях по декількох точках швидкісну і моментную характеристики, як для повного поля, так і для ослабленого поля:
Спочатку при постійній напрузі на затисках ТЕД, а потім - при напрузі, яка змінюється відповідно до зовнішньої характеристикою генератора.
Розрахунок проводимо за методикою, зазначеної в і дані розрахунку зведемо в таблицю 4.
3.4 Розгінні характеристики ТЕД
Для побудови розгінних характеристик розрахуємо швидкості переходів з ПП на ОП1, з ОП1 на ОП2. А також значення струмів і напруг при переході.
Швидкість на ободі колеса визначається за формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Швидкість переходу ПП на ОП1 визначається за емпіричною формулою:
u 1 = 0,71 × u дл × К г 1,5. (157)
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
u 1 = 0,71 × 30 × 1,4 1,5 = 35 км / ч.
Швидкість переходу ОП1 на ОП2 визначається також за емпіричною формулою:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо:
Значення струмів і напруг при повному і ослабленому полем визначимо за такими емпіричними формулами:
- Повне поле
- Ослаблене поле 1
- Ослаблене поле 2
де u - швидкість, при розрахунку розгінних характеристик вона задається
в інтервалі від 0 до u до
3.5 Тягова характеристика тепловоза
Тягову характеристику тепловоза будуємо за даними таблиці 4. Для вибраних режимів ТЕД (ПП, ОП1, ОП2) беремо з таблиці відповідають певним струмам значення сили тяги, множимо на кількість ТЕД, і швидкості й налагоджувати їх в координатах u, F к.
У результаті для кожного з режимів роботи отримуємо свою криву F к = | (u).
Тягова характеристика обмежується праворуч максимальною швидкістю, а зверху - силою тяги по зчепленню. Крива сили тяги по зчепленню будується відповідно до формули:
де
Переймаючись різними значеннями u, знаходимо за формулою (163) - y к і потім за формулою (162) - F к.сц.
На тягової характеристики наносимо обмеження сили тяги по тривалому току і максимальному току.
Побудуємо також характеристику потужності тепловоза для кожного з режимів роботи за формулою:
4 РОЗРАХУНОК ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ТЯГОВИХ
ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ І СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРАТехніко-економічні показники дозволяють робити укріплену оцінку витрати активних матеріалів на електричну машину даного типу.
Маса тягового електродвигуна та синхронного генератора визначається за наступною формулою:
де К m - коефіцієнт пропорційності, приймаємо для ТЕД До m = 10,
для СГ До m = 7.
Підставляючи чисельні дані, отримуємо
Питома маса проектованих машин визначається за такими формулами:
Підставляючи чисельні значення, отримуємо: