2.1 Выбор типа обмотки

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

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

1.1 Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

Тогда подставляя численные значения в (2), получаем:

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

Тогда подставляя численные данные в (8), получаем:

Тогда минимальный ток генератора будет:

(11)

(12)

где Рг.дл = Nдг'г = 26460,95 = 2514 кВт.

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

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 = 1,44400 = 6160 А.

Минимальное напряжение генератора определяется по формуле:

(14)

где Р''г - мощность генератора при максимальном токе:

Р''г = Nдг''г = 26460,94 = 2487 кВт.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Максимально допустимый ток по условию коммутации рассчитывается по следующей формуле:

Iг.ком 2Iг.дл = 24400 = 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.длIд.дл10 -3. (15)

Подставляя численные значения, получаем:

Рд.дл = 57155010 -3 = 314 кВт.

(16)

где Dа - диаметр якоря;

?а - длина сердечника якоря;

Рр - расчетная мощность;

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

Кв - коэффициент формы паза;

Коб - обмоточный коэффициент обмотки статора;

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

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

р - расчетная частота вращения.

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

(17)

где а.max - максимально допустимая окружная скорость якоря, принимаем

а.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 КвКоб = 1, получаем:

(18)

Выразим от сюда ?а = 0,44 м.

1.5 Определение главных размеров синхронного генератора

Расчетная электромагнитная мощность определяется по следующей формуле:

(19)

где Ке - коэффициент зависящий от заданного cos и от индуктивного

сопротивления рассеяния.

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

(20)

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

Тогда подставляя численные значения, получаем:

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:

(21)

где - частота вращения оси колесной пары.

Подставляя численные значения, получаем:

Полученное передаточное отношение проверяем на возможность размещения зубчатой передачи.

Максимально возможное по условиям размещения передаточное отношение определяется по формуле:

(22)

Минимальное число зубьев малой шестерни определяется по формуле:

(23)

где dz.min - минимальный диаметр делительной окружности шестерни;

m - модуль зубчатой передачи.

Крутящий момент определяется по формуле:

(24)

где д.дл - частота вращения двигателя в длительном режиме, определяется

по следующей формуле:

Тогда подставляя численные значения, получаем:

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

Тогда подставляя численные значения в (23), получаем:

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:

(26)

Подставляя численные значения, получаем:

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

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

Централь передачи определяется по следующей формуле:

(27)

Подставляя численные значения, получаем:

1.7 Определение габаритных 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 = 1,50,56 = 0,84 м.

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

(29)

где d0 - диаметр полого вала, принимаем 315 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Высота остова обычно равна ширине и не должна быть больше:

HD max = D - 2(a' - ), (30)

где а' - расстояние от нижней части станины двигателя до головки рельс,

принимаем 155 мм;

- 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:

(31)

Подставляя численные значения, получаем:

Dст = КстDа, (32)

где Кст - коэффициент пропорциональности, принимаем 1,45.

Подставляя численные значения, получаем:

Dст = 1,451,2 = 1,74 м.

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

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/(22) = 138 А < 250 A.

Число проводников обмотки определим по формуле:

Na = ADa/ia, (34)

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

Da - диаметр якоря, 53 см.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Nа = 3,1437456/138 = 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 = 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.

Страницы: 1, 2