Расчет параметров тягового электродвигателя

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

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

Зубцовое деление определим по формуле:

t1 = Da/Zп . (35)

Подставляя численные значения, получаем:

t1 = 3,140,56/62 = 28 мм.

Число активных проводников в пазу определим по следующей формуле:

NZ = Na/Zп. (36)

Подставляя численные данные, получаем:

NZ = 477/62 = 7,7.

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

Число коллекторных пластин на паз определим по формуле:

uк = NZ/2. (37)

uк = 8/2 = 4.

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

iaNZ <=1500…1800 A. (38)

Подставляя численные значения, получаем:

iaNZ = 1388 = 1014 А <1500…1800 А.

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

Na = NZZп (39)

(40)

Na = 882 = 496.

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

Число коллекторных пластин определим по формуле:

(41)

где wс - число витков в секции, равно 1;

ZЭ - число элементарных пазов.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

(42)

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.

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

tк >= 4…4,5 мм. (43)

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

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

(44)

Принимаем из ряда номинальных значений DК = 425 мм.

При этом максимальная окружная скорость коллектора должна удовлетворять условию:

(45)

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

по формуле:

(46)

где nд.дл - номинальная частота вращения двигателя в продолжительном

режиме, 650 об/мин;

max - конструкционная скорость тепловоза, 115 км/ч;

дл - скорость длительного режима, 30 км/ч.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Кроме этого полученные значения Da и DК должны находиться в соотношении

DК = 0,75…0,85Da. (47)

Подставляя численные значения, получаем:

DК = 0,76560 = 425 мм.

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

Предварительно глубину паза определим по следующей формуле:

hz = 0,08…0,12, (48)

где - полюсное деление, которое определяется по формуле:

(49)

hz = 0,1440 = 44 мм.

Ширину паза определим по следующей формуле:

bп = 0,35…0,45t1. (50)

Подставляя численные значения, получаем:

bп = 0,428 = 11,2 мм.

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

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

Площадь сечения меди проводника обмотки определим по следующей формуле:

(51)

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

(52)

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

Подставляя численные данные, получаем:

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

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

Выбираем горизонтальное расположение проводников в пазу.

Расчет размеров паза удобно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Расчет размеров паза

Удельная магнитная проводимость паза определим по формуле:

(53)

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

?S = 1,2…1,3. (54)

Подставляя численные значения, получаем:

?S = 1,244 = 52,8 см.

Тогда подставляя численные значения в (53) , получаем:

(55)

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

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

Шаг по реальным пазам

(56)

где п - пазовое укорочение шага.

Подставляя численные значения, получаем:

(57)

Подставляя численные значения, получаем:

(58)

Сопротивление обмотки якоря при 20 С

(59)

где - удельное электрическое сопротивление меди при 20 С,

= 0,0175 Оммм2/м;

la - суммарная длина проводников одной параллельной ветви обмотки,

которая определяется по формуле:

(60)

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

формуле:

(61)

укр = К/р = 248/2 = 124.

Площадь сечения уравнителя определим по следующей формуле:

Sу = 0,3…0,35Sа. (62)

Подставляя численные значения, получаем:

Sу = 0,322,04 = 6,61 мм2.

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

2.1 Расчет коллекторно-щеточного узла

Число щёткодержателей обычно равно числу главных полюсов.

Контактная площадь щёток одного щёткодержателя

(63)

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

В зависимости от типа и характеристик щёток

jщ = 9 18 А/см2. (64)

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

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

Из практики электромашиностроения установлено, что приемлемая величина щёточного перекрытия

(65)

где bщ - ширина щётки, мм.

Отсюда

bщ = tк. (66)

Обычно для тяговых двигателей

= 2,5 6. (67)

Принимаем = 4, тогда

bщ = 44 = 16 мм.

Принимаем bщ = 16 мм.

(68)

где к - укорочение обмотки в коллекторных делениях;

tк - коллекторное деление, пересчитанное на окружность якоря, мм,

(69)

(70)

Подставляя численные значения, получаем:

(71)

Выполняем щётку разрезной; принимаем стандартную ширину щётки по ГОСТ 12232-89; bщ = 225 мм.

Общая длина щёток одного щёткодержателя

(72)

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

(73)

По ГОСТ 12232-89 принимаем ?щ = 60 мм.

Плотность тока в щётке

(74)

Подставляя численные значения, получаем:

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

(75)

где ?1 - толщина перемычки щёткодержателя между “окнами” щёток, ?1 = 4 мм;

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

?2 - допуск на осевое перемещение якоря, ?2 = 2 мм;

Подставляя численные значения, получаем:

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

(76)

Подставляя численные значения, получаем:

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

Тогда общая длина коллекторных пластин

Lко = Lк + ?кн + ?пт , (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 = B?а10-4; (78)

(79)

Обычно Ед дл = (0,95 0,96)Uд дл.

Подставляя численные значения, получаем:

Сердечник якоря.

Принимаем восьмигранную форму остова, 2р = 4.

Эффективная высота сечения сердечника (ярма) якоря

(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:

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

(81)

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

mк - число рядов каналов; mк = 3.

Страницы: 1, 2, 3, 4