Дипломная работа на тему "Расчет параметров тягового электродвигателя"

ГлавнаяПромышленность, производство → Расчет параметров тягового электродвигателя




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Расчет параметров тягового электродвигателя":


СОДЕРЖАНИЕ

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

1.1  Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

1.2  Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД

1.3  Определение основных расчетных параметров электрических машин

1.4  Определение основных размеров ТЭД

1.5  Определение главных размеров синхронного генератора

1.6  Определение параметров зубчатой передачи

1.7  Определение г абаритных размеров

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

2.1 Выбор типа обмотки

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

Заказать написание дипломной - rosdiplomnaya.com

Специальный банк готовых защищённых на хорошо и отлично дипломных проектов предлагает вам скачать любые проекты по нужной вам теме. Качественное написание дипломных работ по индивидуальным требованиям в Перми и в других городах РФ.

2.3 Расчет коллекторно-щеточного узла

2.4 Разборка эскиза магнитной цепи

2.5 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи

2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов

2.7 Определение к. п.д. при длительном режиме работы

3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЭД, СГ И ТЕПЛОВОЗА

3.1 Внешняя характеристика генератора

3.2 Характеристика намагничивания

3.3 Электромеханические характеристики ТЭД

3.4 Разгонные характеристики ТЭД

3.5. Тяговая характеристика тепловоза

4 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЭД И СГ

ЛИТЕРАТУРА


1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

1.1 Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

Длительная сила тяги и скорость определяют массу поезда и среднюю техническую скорость локомотива, а в конечном итоге, его производительность, поэтому нахождение оптимальных значений этих величин является одной из важнейших задач.

Длительная сила тяги тепловоза определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (1)

где Nдг. – свободная мощность тепловоза, передаваемая генератору, рассчи-

тывается по формуле:

Nдг. = Ne – Nвсп., (2)

Nвсп. – мощность, расходуемая на привод вспомогательных агрегатов

тепловоза, определяется по формуле:

Nвсп. = (0,08…0,15)Ne, (3)

Подставляя численные значения, получаем:

Nвсп. = 0,1×2940 = 294 кВт.

Тогда подставляя численные значения в (2), получаем:

Nдг = 2940 – 294 = 2646 кВт.

hп – к. п.д. электрической передачи, определяется по формуле:

hп = hг×hтд×hзп, (4)

hг, hтд, hзп – к. п.д. соответственно генератора, тягового электро-

двигателей, зубчатой передачи, принимаем hг = 0,95,

hтд = 0,93, hзп = 0,985.

Подставляя численные данные, получаем:

hп = 0,95×0,93×0,985 = 0,87.

uдл – длительная скорость тепловоза, uдл = 30 км/ч.

Тогда подставляя численные значения в (1), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определим коэффициент тяги на расчетном подъеме по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Полученный коэффициент тяги входит в рекомендуемый предел значения коэффициента тяги для грузового тепловоза.

1.2 Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД

Предельная мощность тепловозного генератора постоянного тока определяется из условий удовлетворительной коммутации критерием Касьянова, который соответствует выражению:

Рг×nд <=2×106, (6)

где Рг – мощность генератора, которую можно рассчитать по формуле:

Рг = Nдг×hд, (7)

Подставляя численные значения, получаем:

Рг = 2646×0,95 = 2514 кВт.

Тогда подставляя численные значения в (6), получаем:

2514×1100 = 2765400 > 2×106.

Так как критерий Касьянова не выполняется, то выбираем передачу переменно-постоянного тока.

Схема соединения электродвигателей выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимые тяговые свойства тепловоза. На выбор электрической схемы соединений ТЭД оказывает влияние максимальная скорость тепловоза Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. , при которой должна использоваться полная мощность силовой установки. Скорость максимального использования мощности для грузовых тепловозов принимается Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. При выборе схемы соединения ТЭД необходимо последовательно исследовать возможность применения различных вариантов в порядке возрастания их сложности. Критерием применимости той или иной схемы является величина скорости полного использования мощности силовой установки тепловоза. Если схема обеспечивает достижение тепловозом скорости Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., равной или большой заданной, то она может быть применена. В противном случае необходимо исследовать следующий по сложности вариант. Таким образом, задача сводиться в определении скорости Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Для начала рассчитаем постоянную схему соединений ТЭД с ослаблением поля:

Максимальную скорость полного использования мощности тепловоза в этом случаем, определим по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (8)

где a - коэффициент ослабления возбуждения;

К2г. дл – коэффициент регулирования генератора;

Кгоп – степень насыщения магнитной системы электродвигателей при

длительном режиме по сравнению с режимом ослабленного поля

при скорости Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Задаваясь коэффициентом ослабления a = 0,28 и выбирая две ступени ослабления, определяем коэффициент Кг. дл =1,4.

Степень насыщения определяем с помощью кривой намагничивания:

Кгоп = АС/АЕ=1,8.

Тогда подставляя численные данные в (8), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как скорость Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то, следовательно, эта схема соединения ТЭД нам подходит. Значит, мы выбираем схему соединения ТЭД с ослабленным полем.

1.3 Определение основных расчетных параметров электрических машин

Максимальное напряжение тепловозного генератора принимаем следующим: Uг. max = 800 В.

Максимальному напряжению генератора соответствует минимальный ток генератора, при котором еще полностью используется мощность дизеля, определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (9)

где Р’г – мощность генератора при минимальном токе Iг. min:

Р’г = Nдг×h’г, (10)

Тогда

Р’г = 2646×0,97 кВт.

Тогда минимальный ток генератора будет:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Напряжение и ток при длительном режиме работы тепловоза:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (11)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (12)

где Рг. дл = Nдг×h’г = 2646×0,95 = 2514 кВт.

Тогда подставляя численные данные в (11) и (12), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Максимальный пусковой ток принимают, исходя из перегрузочной способности электрических машин, равным

Iг. max = (1,3…1,5)×Iг. дл. (13)

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Iг. max = 1,4×4400 = 6160 А.

Минимальное напряжение генератора определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (14)

где Р’’г – мощность генератора при максимальном токе:

Р’’г = Nдг×h’’г = 2646×0,94 = 2487 кВт.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Максимально допустимый ток по условию коммутации рассчитывается по следующей формуле:

Iг. ком » 2×Iг. дл = 2×4400 = 8800 А.

Так как у меня в курсовом проекте 8 параллельно соединенных ТЭД, то:

Uд = Uг; Iд = Iг/8.

Длительная мощность электродвигателя определятся по формуле:

Рд. дл = Uд. дл×Iд. дл×10 –3. (15)

Подставляя численные значения, получаем:

Рд. дл = 571×550×10 –3 = 314 кВт.

1.4 Определение основных размеров тягового электродвигателя

Основные размеры электрических машин можно определить из выражения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (16)

где Dа – диаметр якоря;

ℓа – длина сердечника якоря;

Рр – расчетная мощность;

at - расчетный коэффициент полюсного перекрытия, принимаем at = 0,6;

Кв – коэффициент формы паза;

Коб – обмоточный коэффициент обмотки статора;

А – линейная нагрузка якоря, принимаем А= 375 А/см;

Вd - магнитная индукция в воздушном зазоре, Вd = 0,98 Тл;

wр – расчетная частота вращения.

Для тягового электродвигателя Рр = Рдл и wр = wд. дл, а частота вращения двигателя в свою очередь определяется по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (17)

где uа. max – максимально допустимая окружная скорость якоря, принимаем

uа. max = 70 км/ч;

Dа – диаметр якоря двигателя, принимаем Dа = 0,56 м.

Подставляя это в выражение (16) и учитывая, что для машин постоянного тока Кв×Коб = 1, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (18)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Выразим от сюда ℓа = 0,44 м.

1.5 Определение главных размеров синхронного генератора

Расчетная электромагнитная мощность определяется по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (19)

где Ке – коэффициент зависящий от заданного cos j и от индуктивного

сопротивления рассеяния.

Подставляя выражение (19) в формулу (16) и учитывая, что wг. р = wг. max, получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (20)

При расчете принимаем at = 0,72; Кв = 1,11; Коб = 0,972; Вdmax = 0,98 Тл; А = 600 А/см; cosj = 1,06.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Принимаем, что диаметр якоря генератора равен: 1,2 м, тогда выразив из (20) получаем, что длина якоря равна: 0,53 м.

1.6 Определение параметров зубчатой передачи

На современных тепловозах в основном применяется индивидуальный привод колесных пар, при котором каждая движущая ось через зубчатый редуктор связана со своим отдельным ТЭД.

Так как конструкционная скорость тепловоза равна 115 км/ч, то принимаем опорно-рамную подвеску ТЭД.

Передаточное отношение зубчатой передачи определим по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (21)

где w - частота вращения оси колесной пары.

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Полученное передаточное отношение проверяем на возможность размещения зубчатой передачи.

Максимально возможное по условиям размещения передаточное отношение определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (22)

Минимальное число зубьев малой шестерни определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (23)

где dz. min – минимальный диаметр делительной окружности шестерни;

m – модуль зубчатой передачи.

Крутящий момент определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (24)

где wд. дл – частота вращения двигателя в длительном режиме, определяется

по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По значению крутящего момента определяем: dz. min = 160 мм и m = 10.

Тогда подставляя численные значения в (23), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Максимально возможный диаметр делительной окружности зубчатого колеса определяется по формуле:

Dz. max = D – 2(b – b1), (25)

где b – расстояние между нижней точкой поверхности кожуха зубчатой

передачи и головки рельса, принимаем 150 мм;

b1 – минимальное расстояние между делительной окружностью зубчатого

колеса и нижней поверхностью кожуха, принимаем 17 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Dz. max = 1,25 – 2(0,15 – 0,017) = 0,915 м.

Максимально возможное число зубьев большого колеса определяется по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (26)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда подставляя численные данные в (22), получаем, что:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как m < mmax, то окончательно принимаем передаточное отношение зубчатой передачи m = 5,75, а Z = 100 и z = 17.

Централь передачи определяется по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (27)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

1.7 Определение г абаритных размеров

Длина тягового электродвигателя ограничивается расстоянием между внутренними гранями колесных пар, которое для железных дорог равно 1,44 м. Однако здесь же необходимо разместить зубчатую передачу, предусмотреть необходимые технологические зазоры.

Ширина (диаметр) остова ТЭД связана с диаметром якоря соотношением:

BD = KD ×Da, (28)

где КD – коэффициент пропорциональности, принимаем 1,5.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

BD = 1,5×0,56 = 0,84 м.

Максимально возможная ширина (диаметр) остова ограничивается величиной централи передачи и необходимостью размещения полого вала колесной пары, т. е.:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (29)

где d0 – диаметр полого вала, принимаем 315 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Высота остова обычно равна ширине и не должна быть больше:

HD max = D – 2(a’ - D), (30)

где а’ – расстояние от нижней части станины двигателя до головки рельс,

принимаем 155 мм;

D - превышение оси вала электродвигателя над осью колесной пары,

принимаем 30 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

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

Максимально возможный диаметр якоря определяется по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (31)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Наружный диаметр станины (статора) генератора определяется по формуле:

Dст = Кст×Dа, (32)

где Кст – коэффициент пропорциональности, принимаем 1,45.

Подставляя численные значения, получаем:

Dст = 1,45×1,2 = 1,74 м.

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

2.1 Выбор типа обмотки

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

ia = Iд. дл/(2а) <=250 A. (33)

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

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

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

Тогда подставляя численные данные в (33), получаем:

ia = 550/(2×2) = 138 А < 250 A.

Число проводников обмотки определим по формуле:

Na = p×A×Da/ia, (34)

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

Da – диаметр якоря, 53 см.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Nа = 3,14×374×56/138 = 477.

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

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

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

Зубцовое деление определим по формуле:

t1 = p×Da/Zп . (35)

Подставляя численные значения, получаем:

t1 = 3,14×0,56/62 = 28 мм.

Число активных проводников в пазу определим по следующей формуле:

NZ = Na/Zп. (36)

Подставляя численные данные, получаем:

NZ = 477/62 = 7,7.

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

Число коллекторных пластин на паз определим по формуле:

uк = NZ/2. (37)

Тогда подставляя численные значения, получаем:

uк = 8/2 = 4.

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

ia×NZ <=1500…1800 A. (38)

Подставляя численные значения, получаем:

ia×NZ = 138×8 = 1014 А <1500…1800 А.

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

Na = NZ×Zп (39)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (40)

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Na = 8×82 = 496.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

Число коллекторных пластин определим по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (41)

где wс – число витков в секции, равно 1;

ZЭ – число элементарных пазов.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Проверим величину среднего межламельного напряжения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (42)

Подставляя численные данные, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

К/а = ЦЧ = 248/2 = 124.

Zп/а = ЦЧ = 62/2 = 31.

2р/а = ЦЧ = 4/2 = 2.

где ЦЧ – целое число.

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

tк >= 4…4,5 мм. (43)

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

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

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (44)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Принимаем из ряда номинальных значений DК = 425 мм.

При этом максимальная окружная скорость коллектора должна удовлетворять условию:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (45)

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

по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (46)

где nд. дл – номинальная частота вращения двигателя в продолжительном

режиме, 650 об/мин;

umax – конструкционная скорость тепловоза, 115 км/ч;

uдл – скорость длительного режима, 30 км/ч.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставляя численные значения в формулу (45), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Кроме этого полученные значения Da и DК должны находиться в соотношении

DК = 0,75…0,85Da. (47)

Подставляя численные значения, получаем:

DК = 0,76×560 = 425 мм.

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

Предварительно глубину паза определим по следующей формуле:

hz = 0,08…0,12t, (48)

где t - полюсное деление, которое определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (49)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

hz = 0,1×440 = 44 мм.

Ширину паза определим по следующей формуле:

bп = 0,35…0,45×t1. (50)

Подставляя численные значения, получаем:

bп = 0,4×28 = 11,2 мм.

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

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

Площадь сечения меди проводника обмотки определим по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (51)

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

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (52)

где Aja – фактор нагрева, при классе изоляции F Aja = 3000 А2/(см×мм2).

Подставляя численные данные, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда подставляя численные значения в (51), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Для ограничения величины добавочных потерь высота каждого проводника в зависимости от частоты перемагничивания сердечника якоря fп = pnд. дл/60 = 2×650/60 = 21,6 Гц должна быть не более указанного в таблице 1.1 hм = 10,5 мм.

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

Выбираем горизонтальное расположение проводников в пазу.

Расчет размеров паза удобно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1 – Расчет размеров паза

--------------------------------------------------
Наименование | Материал | Размер, мм | Число слоев |

Общий

размер, мм

|
---------------------------------------------------------
Проводник | Медь ПММ | 10х2,24 | 1/8 | 10/17,92 |
---------------------------------------------------------
Витковая изоляция | Провод ПЭТВЛСД | 0,16/0,16 | 2/16 | 0,32/2,56 |
---------------------------------------------------------
Корпусная изоляция | Стеклослюдинитовая лента | 0,08/0,08 | 16/32 | 1,28/2,56 |
---------------------------------------------------------
Покровная изоляция | Стеклолента | 0,1/0,1 | 2/4 | 0,2/0,4 |
---------------------------------------------------------
Прокладки на дно, между катушками и под клин | Стеклотекстолит | -/0,35 | -/4 | -/1,4 |
---------------------------------------------------------
Клин | Стеклотекстолит | -/5 | -/1 | -/5 |
---------------------------------------------------------
Зазор на укладку | - | 0,25/0,20 | - | 0,25/0,20 |
---------------------------------------------------------
Расшихтовка | - | 0,15/- | - | 0,15/- |
---------------------------------------------------------
И т о г о |

bп/hz = 12,2/30,04

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Удельная магнитная проводимость паза определим по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (53)

где ℓS – длина лобовых частей обмотки якоря, определяется по формуле:

ℓS = 1,2…1,3t. (54)

Подставляя численные значения, получаем:

ℓS = 1,2×44 = 52,8 см.

Тогда подставляя численные значения в (53) , получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Средняя величина реактивной ЭДС за период коммутации будет:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (55)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

Шаг по реальным пазам

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (56)

где eп – пазовое укорочение шага.

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Первый частичный шаг по элементарным пазам

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (57)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Второй частичный шаг по элементарным пазам

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (58)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сопротивление обмотки якоря при 20° С

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (59)

где r – удельное электрическое сопротивление меди при 20° С,

r = 0,0175 Ом×мм2/м;

Sla – суммарная длина проводников одной параллельной ветви обмотки,

которая определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (60)

где ℓп – полная длина одного проводника обмотки, которая определяется по

формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (61)

Таким образом,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Шаг уравнительных соединений в коллекторных делениях:

укр = К/р = 248/2 = 124.

Площадь сечения уравнителя определим по следующей формуле:

Sу = 0,3…0,35×Sа. (62)

Подставляя численные значения, получаем:

Sу = 0,3×22,04 = 6,61 мм2.

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

2.1 Расчет коллекторно-щеточного узла

Число щёткодержателей обычно равно числу главных полюсов.

Контактная площадь щёток одного щёткодержателя

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (63)

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

В зависимости от типа и характеристик щёток

jщ = 9 ¸ 18 А/см2. (64)

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

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

Из практики электромашиностроения установлено, что приемлемая величина щёточного перекрытия

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (65)

где bщ – ширина щётки, мм.

Отсюда

bщ = g×tк. (66)

Обычно для тяговых двигателей

g = 2,5 ¸ 6. (67)

Принимаем g = 4, тогда

bщ = 4×4 = 16 мм.

Принимаем bщ = 16 мм.

Ширину зоны коммутации определяют по известной формуле

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (68)

где eк – укорочение обмотки в коллекторных делениях;

t¢к – коллекторное деление, пересчитанное на окружность якоря, мм,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (69)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (70)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда подставляя численные значения в (68), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Максимально допустимая ширина щётки

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (71)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Выполняем щётку разрезной; принимаем стандартную ширину щётки по ГОСТ 12232-89; bщ = 2´25 мм.

Общая длина щёток одного щёткодержателя

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (72)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Для уменьшения инерционности щёток, их чувствительности к вибрациям и геометрии коллектора щётки следует принимать меньшей длины и массы, поэтому их делят по длине на Nщ щёток. Принимаем Nщ = 2.

Намечаемая длина щётки

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (73)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По ГОСТ 12232-89 принимаем ℓщ = 60 мм.

Плотность тока в щётке

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (74)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Полученная величина плотности тока в щётке входит в заданный диапазон для выбранной марки щётки, т. е. выбранная марка щётки удовлетворяет условию по коммутации.

Рабочая длина коллектора

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (75)

где ℓ1 – толщина перемычки щёткодержателя между “окнами” щёток, ℓ1 = 4 мм;

rкр – радиус закругления краёв рабочей поверхности коллектора, rкр = 2 мм;

ℓ2 – допуск на осевое перемещение якоря, ℓ2 = 2 мм;

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

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

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (76)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Остальные размеры коллектора: ширину канавки у петушков для выхода шлифовального круга и фрезы для продорожки ℓкн и ширину петушков коллектора ℓпт принимают по опыту проектирования ТЭД: ℓкн = 10 мм; ℓпт = 20 мм.

Тогда общая длина коллекторных пластин

Lко = Lк + ℓкн + ℓпт, (77)

Подставляя численные значения, получаем:

Lко = 156 +10 + 20 = 186 мм.

2.4 Разборка эскиза магнитной цепи

Основной магнитный поток, с целью проверки правильности расчёта, определяем по двум формулам:

Фд дл = at×Bd×t×ℓа×10-4; (78)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (79)

Обычно Ед дл = (0,95 ¸ 0,96)×Uд дл.

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сердечник якоря.

Принимаем восьмигранную форму остова, 2р = 4.

Эффективная высота сечения сердечника (ярма) якоря

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (80)

где Кс – коэффициент заполнения сердечника сталью, учитывающий изоляцию

между листами сердечника якоря; Кс = 0,97;

Ва – индукция в сердечнике якоря, Ва = 1,5Тл.

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как в сердечнике якоря имеются вентиляционные каналы, поэтому конструктивная высота сердечника якоря будет больше в радиальном направлении на величину, определяемую по эмпирической формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (81)

где dк – диаметр вентиляционных каналов, dк = 3 см;

mк – число рядов каналов; mк = 3.

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Каналы размещают в шахматном порядке с шагом внешнего ряда 9 см.

Внутренний диаметр сердечника якоря

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (82)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как Dа = 56 см, то, руководствуясь рекомендациями, втулку якоря не применяем.

Воздушный зазор под главными полюсами машины.

Этот размер оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики двигателя.

Воздушный зазор под серединой полюса

d0 = (0,012 ¸ 0,015)×Da; (83)

Подставляя численные значения, получаем:

d0 = 0,012×560 = 8,4 мм.

При эксцентричном воздушном зазоре эквивалентный зазор dэ связан с зазорами под серединой полюса d0 и под краем dкр зависимостью:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (84)

Задаёмся отношением Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.откуда

dкр = 2×8,4 = 16,8 мм,

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сердечник главного полюса.

Считаем, что действительная полюсная дуга bp равна расчётной bd. Следовательно

bp = at×t, (85)

Подставляя численные значения, получаем:

bp = 0,62×44 = 27,3 мм.

Площадь сечения сердечника полюса

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (86)

где Вт – индукция в сердечнике полюса, Вт = 1,7 Тл;

s – коэффициент рассеивания поля главных полюсов, s = 1,1.

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Ширина сердечника полюса

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (87)

где К¢с – коэффициент заполнения сердечника полюса сталью, К¢с = 0,97;

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Для того, чтобы катушка главного полюса не касалась сердечника якоря, принимаем высоту выступа D = 0,5 см.

Индукция в роге сердечника должна быть

Врог £ 2 ¸ 2,2 Тл. (88)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (89)

где bc, ab – отрезки;;

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Ширина опорной полочки для катушки

bоп = (0,15 ¸ 0,2)×bт, (90)

Подставляя численные значения, получаем:

bоп = 0,2×18,3 = 3,7 см.

Высота сердечника полюса

hт = (0,2 ¸ 0,25)×t, (91)

Подставляя численные значения, получаем:

hт = 0,2×44 = 8,8 см.

Станина (остов) двигателя.

Принимаем восьмигранную форму остова. Наибольшая ширина остова

Вд max £ 2×Ц - d¢о + 2×tст – 1, (92)

где tст – подрез остова в месте расположения МОП, tст = 2,5 см;

Подставляя численные значения, получаем:

Вд max = 2×59 – 23,5 + 2×2,5 – 1 = 98,5 см.

Длина утолщённой части остова принимается наименьшей из значений

ℓст = ℓа +0,8×t, (93)

ℓст = 2,3×ℓа, (94)

Подставляя численные значения, получаем:

ℓст = 44 + 0,8×44 = 79,2 см,

ℓст = 2,3×44 = 101,2 см.

Принимаем ℓст = 79,2 см.

Площадь поперечного сечения станины

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (95)

где Вст – индукция в станине, Вст = 1,55 Тл;

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Толщину станины в месте расположения главных полюсов h¢ст делают больше, чем под добавочными – h²ст, так как по остову у главных полюсов замыкается не только основной поток, но и поток рассеяния.

Таким образом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (96)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (97)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Проверяем размер Вд.

Вд = Da + 2×(d0×10-1 + hт + hст), (98)

Подставляя численные значения, получаем:

Вд = 56 + 2×(0,84 + 8,8 + 6) = 87,3 см.

Затылок сердечника полюса, стыкующийся с остовом, очерчивают радиусом, равным

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (99)

Высоту приливов остова h¢т, растачиваемых под сердечником главных полюсов, принимаем равной 1 см. На внутренних гранях остова, расположенных под углом 45° к горизонтальной оси машины, размещаются добавочные полюса.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Ширина площадки для установки добавочных полюсов

С = (0,14 ¸ 0,15)×Вд, (100)

Подставляя численные значения, получаем:

С = 0,14×87,3 = 13 см.

Таким образом, определены все размеры полюсного окна.

2.5 Расчёт магнитных напряжений участков магнитной цепи

Воздушный зазор. Выбору размеров и формы воздушного зазора под главным полюсом придаётся при проектировании особое значение. От правильности этого выбора зависят потенциальная и коммутационная устойчивость двигателя, вероятность возникновения кругового огня на коллекторе, электромеханические характеристики, габариты, масса ТЭД и др.

Повышенная потенциальная напряжённость, т. е. наличие больших межламельных напряжений, – одна из причин возникновения круговых огней на коллекторе. Величина допустимого максимального напряжения (при толщине изоляции между пластинами Dиз = (0,8 ¸ 1,2) мм)

ек max £ (35 ¸ 40)×Вd , (101)

Задаёмся ек max = 35 В. Потенциальную устойчивость ТЭД следует обеспечить при самом тяжёлом режиме работы, соответствующем конструкционной скорости Vmax, максимальному напряжению на двигателе Uд max и минимальному коэффициенту ослабления возбуждения amin. При этом режиме искажающее действие поперечной реакции якоря на распределение индукции под главными полюсами максимально. Снизить неравномерность этого распределения можно путём увеличения воздушного зазора, однако при этом для сохранения требуемого магнитного потока возрастает МДС обмотки главных полюсов. Более рациональное решение – это выполнить воздушный зазор, расходящимся от центра полюсного наконечника к его краю. Тем самым увеличивается магнитное сопротивление по мере приближения к краю полюсного наконечника.

Так как поперечная реакция якоря нарастает от середины полюса к его краям, то увеличение зазора, а следовательно, и магнитного сопротивления по мере приближения к краю полюса, будет ослаблять искажающее действие реакции якоря.

Из технологических соображений чаще используют эксцентричный зазор, при котором радиус расточки наконечников полюсов выбирают больше радиуса якоря.

Такой зазор характеризуется соотношением размеров зазора у края полюса dкр и под его серединой d0.

Максимально допустимый коэффициент искажения поля

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (102)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По графику 2.6, находим значение коэффициента устойчивости поля Ку = 0,7.

Определяем МДС в воздушном зазоре

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (103)

где Кv – коэффициент регулирования скорости тепловоза при полном использова-

ния мощности тепловоза;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (104)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определяем эквивалентный воздушный зазор с учётом коэффициента воздушного зазора Кdэ, учитывающего зубчатое строение якоря:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (105)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Находим действительный эквивалентный воздушный зазор dэ, учитывая, что он связан с полученным расчётным значением d¢э соотношением

d¢э = Кdэ×dэ, (106)

где Кdэ – коэффициент воздушного зазора;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (107)

где

bz1 = t1 + bп, (108)

Подставляя численные значения, получаем:

bz1 = 28 –12,2 = 15,8 мм,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставив выражение (107) в (106), получим

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (109)

Отсюда приходим к квадратному уравнению относительно dэ:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (110)

корни которого равны

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (111)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определяем зазор под центром сердечника

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (112)

Коэффициент Кэ определяем по графику 2.5 в функции dкр / d0 , Кэ = 1,52.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определяем зазор под краем сердечника полюса

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (113)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Площадь воздушного зазора

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (114)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Зубцовая зона. Расчёт выполняем по магнитной индукции, определяемой в расчётном сечении зубца, отстоящем от его основания на 1/3 высоты:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (115)

где bZ 1/3 – ширина зубца на высоте 1/3 от его основания, которая определяется

по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (116)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставляя численные значения в (115), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 2 Тл > 1,8 Тл, то считается, что магнитный поток проходит как по зубцам, так и частично по пазам. Полученная в этом случае индукция Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. является кажущейся, а действительное ее значение определяется с учетом ответвления магнитного потока в паз. Величина этого ответвления зависит от насыщения зубцового слоя и от соотношения размеров по ширине зубца и паза, что определяется коэффициентом формы зубца якоря:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (117)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда действительная индукция в зубце будет:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (118)

где m0 – магнитная постоянная, m0 = 1,25 Гн/см.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.определяют по полученному ранее значению индукции Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. по кривой намагничивания для выбранной марки электротехнической стали, которая представлена в табличной форме в приложении 4, , Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 400 А/см.

Тогда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Находим магнитное напряжение в зубце

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (119)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Площадь сечения зубцового слоя

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (120)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сердечник якоря. Для принятого ранее значения индукции в сердечнике якоря Ва по кривым намагничивания, приведенным в приложении 4, , находим напряжённость магнитного поля На.

Магнитное напряжение в сердечнике якоря

Fa = Ha×La, (121)

где La – длина средней силовой линии в сердечнике якоря, определяется по

формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (122)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По приложению 4, , для стали 1312 находим На = 14 А/см. Тогда

Fa = 14×19,6 = 274,4 А.

Сердечник главного полюса обычно изготавливают наборным из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2.

Для принятого ранее значения индукции в сердечнике полюса по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Нт = 70,5 А/см.

Магнитное напряжение в сердечнике полюса определяется по формуле:

Fт = Нт×hт, (123)

где hт – предварительно принятая ранее высота полюса, 8,8 см.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Fт = 70,5×8,8 = 620,4 А.

Станина двигателя обычно выполняют литым из стали 25 Л.

Для принятого ранее значения индукции в станине Вст по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Нст = 39 А/см.

Магнитное напряжение в сердечнике полюса определим по следующей формуле:

Fст = Нст×Lст, (124)

где Lст – длина средней силовой магнитной линии в станине, определяется

по формуле:

Lст = 0,65…0,75×t. (125)

Подставляя численные значения, получаем:

Lст = 0,7×44 = 30,8 см.

Тогда подставляя численные значения в (124), получаем:

Fст = 39×30,8 = 1201,2 А.

Общая МДС магнитной цепи определяется по формуле:

Fо. дл. = Fd + Fz + Fa + Fт + Fст. (126)

Подставляя численные значения, получаем:

Fо. дл. = 1216+274,4+620,4+1201,2+7258 = 10600 А.

В правильно рассчитанном двигателе коэффициент насыщения в продолжительном режиме должен быть:

кн = Fо. дл. /Fd = 1,5…2,0. (127)

Подставляя численные значения, получаем:

кн = 10600/7258 = 1,5.

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

Для компенсации размагничивающего действия реакции якоря соответствующая МДС Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.=кр×Fря, (128)

где кр – коэффициент размагничивания, кр = 0,15;

Fря – реакция якоря, определяется по следующей формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (129)

Подставляя численные значения, получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда подставляя численные данные в (128), получаем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Результаты расчета магнитной цепи для продолжительного режима целесообразно свести в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчет магнитной цепи для продолжительного режима

--------------------------------------------------
Участок магнитной цепи |

Длина

участка,

см

|

Площадь

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Расчет параметров тягового электродвигателя". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 434

Другие дипломные работы по специальности "Промышленность, производство":

Технология и организация производства молока

Смотреть работу >>

Изготовление фужера 150 мл методом литья под давлением

Смотреть работу >>

Расчет и конструирование лифтов и комплектующего их оборудования

Смотреть работу >>

Выбор электродвигателя установки и его назначение

Смотреть работу >>

Техническое обслуживание и ремонт холодильного шкафа ШХ-0,8 м

Смотреть работу >>