электрические передачи локомотивов

Размещение проводников в пазу якоря и их изоляция производятся, как показано на рис 11. Размеры сторон проводника должны быть подобраны так, чтобы отношение высоты паза к ширине . Если высота проводника больше 10(12 мм, необходимо принять половинное сечение. При этом, для уменьшения дополнительных потерь, принимают два проводника по , укладываемых по высоте. В работе принята изоляция класса нагревостойкости F, допускающий максимальное превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха 140( С. В заключение расчета активного слоя якоря необходимо определить размеры зубцового слоя якоря.

Рис. 11. Сечение паза якоря с уложенными в нем проводниками:
1 – проводник; 2 – витковая изоляция; 3 – корпусная изоляция; 4 – покровная изоляция; 5 – прокладки из миканита; 6 – пазовый клин






Число витков в одном пазу

Расчётные значения размеров паза сведены в таблицу 7.
Таблица 7.


Проверка правильности принятия высоты и ширины паза
hп / bп =
hп / bп = 44,7 / 14,2 = 3,2.
Ширина зубца в расчётном сечении
Ширина зубца у основания, мм:
,
где - высота зубца (паза) якоря, мм:
.
Ширина зубца на высоте 1/3 от его основания, мм:
.
Зубцовые шаги:
- по внешнему диаметру якоря, мм:
;
- по дну паза, мм:
;
- на 1/3 высоты зубца от основания, мм:

.




















8. Расчет магнитной цепи двигателя

Расчет магнитной цепи системы выполняется для определения размеров магнитопровода и параметров катушек главных и дополнительных полюсов.
Магнитная цепь состоит из пяти участков, соединенных последовательно: сердечника (ярма) якоря, зубцового слоя якоря, воздушных зазоров, сердечников главных полюсов и ярма (спинки) остова, в каждом из которых магнитная индукция принимается постоянной по длине участка.
Магнитный поток одного полюса, Вб:



где Uдн = 533 - напряжение ТЭД в продолжительном (номинальном) режиме (определяется в соответствии со схемой присоединения ТЭД к ТГ), В;
Е=0,96Uдн - ЭДС ТЭД в продолжительном режиме, В;
nн – частота вращения якоря в продолжительном режиме, об/мин.
N - количество проводников якорной обмотки;
а - число пар параллельных ветвей якорной обмотки
Активная длина железа якоря определяется из условия допустимой магнитной индукции в самом напряженном участке магнитопровода, которым является зубцовый слой, м

.

Магнитная индукцию в сечении зубца на 1/3 высоты паза, Тл

предварительно выбирана по рис. 12. в зависимости от частоты перемагничивания зубца , и она не должна превышать приведенных на графике величин, где - расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока, м2; (=0,67(0,72 - коэффициент полюсного перекрытия.
Полученная величина не должна превышать 0,42(0,45 м – для двусторонней передачи. Если она выходит за указанные пределы, то необходимо увеличить , но при этом помнить, что увеличатся потери в стали и снизится КПД машины.



Рис. 12. Зависимость от частоты перемагничивания зуба

Вопрос о принятии односторонней или двусторонней передачи решается исходя из величины номинального крутящего момента на валу ТЭД, Н(м

,

где – КПД тягового двигателя (предварительный).
Если Н(м, то принимают одностороннюю передачу, при Н(м рекомендуется двухсторонняя.
Длина стального пакета якоря должна быть проверена по допустимой индукции в воздушном зазоре , которая не должна превышать 1,0

Тл,

где величина полюсного деления, см

.

Окончательно принятая длина позволяет определить сечение участков магнитопровода, но при этом необходимо помнить, что общая длина ТЭД не может быть больше – 1,05(1,10 м при двусторонней передачи.











8.1. Расчет сечения участков магнитопровода

Сечение воздушного зазора, через который проходит магнитный поток, м2
.
Расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока, см2
,
где – коэффициент, увеличивающий изоляцию листов пакета якоря из электротехнических сталей марок Э11, Э12, Э 1300, Э1300А;
( – коэффициент полюсного перекрытия.
Сечение сердечника якоря (без учета зубцового слоя), м2
,
где =0,97 – коэффициент заполнения сердечника сталью;
– активная высота сечения сердечника (ярма) якоря, м
,
где =1,4(1,6 – допустимая индукция в железе якоря.
Сечение загружено половинным значением , так как магнитный поток полюса в сердечнике якоря разветвляется, замыкаясь на соседние полюса противоположной полярности. Активная высота сердечника якоря увеличивается при наличии вентиляционных каналов диаметром , которые расположены в рядах в шахматном порядке так, чтобы расстояние между их центрами равнялось 2,5(3,0 . Диаметр каналов принят =0,02(0,03 м.
Число рядов каналов =2(3. При указанном расположении вентиляционных каналов связь между конструктивной и активной высотами сечения сердечника якоря определяется формулой
.
Внутренний диаметр сердечника якоря, м
.
Окончательно подставлена величина и определено сечение сердечника якоря. Здесь же определена величина магнитной индукции в сердечнике якоря, Тл

.
Сечение полюсного сердечника определяют по допустимой индукции в нем. Для тепловозных ТЭД принимается от 1,5 до 1,7 Тл. Длина сердечника главного полюса , ширина в значительной степени зависит от величины рассеяния магнитного потока, которое в расчетах учитывается коэффициентом магнитного рассеяния σ=1,15
,
где 0,95 – коэффициент, учитывающий заполнение сердечника полюса сталью. Окончательная величина сечения полюсного сердечника, м2
.
Переход сердечника полюса в полюсный наконечник, образующий заплечники, на которые опирается катушка, намечают так, чтобы расстояние Δ=4÷6 мм. Высоту сердечника полюса принимают предварительно
.
Окончательно выявляется размещением на сердечнике катушки главного полюса, когда будут установлены ее размеры. Сечение станины определяю исходя из величины индукции в станине , которая для тепловозных ТЭД находится в пределах (1,4÷1,6) Тл
.
При выполнении эскиза магнитной цепи ТЭД прежде всего проводят внешнюю окружность якоря диаметром , а по известным размерам паза и числу пазов – зубчатый слой.

Рис. 7.2 Эскиз магнитной цепи ТЭД
Толщина остова у главного полюса, м
;
у дополнительного, м
;
для круглого остова (шестиполюсной ТЭД),м
.

8.2. Определение параметров магнитной системы

Для создания расчетного магнитного потока необходима намагничивающая сила (н.с.) катушки полюса F, способная провести по всему магнитопроводу. Вначале определяются н.с. каждого участка, а из рис. 7.2, который выполнен в масштабе, принимают длины магнитных линий для соответствующих пяти участков. По таблицам намагничивания (см. приложение) находят напряженность магнитного поля H и, умножая последние на длины соответствующих участков L, определяют магнитные напряжение (н.с.) .
Намагничивающая сила воздушного зазора, А
,
где – определена по (7.5);
– магнитная проницаемость воздуха;
– величина воздушного зазора, см;
– коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение пути магнитного потока вследствие зубчатого строения якоря,
.
Полная н.с. катушки , необходимая для проведения при работе машины без нагрузки, определится суммированием н.с. всех участков магнитной цепи, А
.
При работе двигателя под нагрузкой на магнитный поток оказывает размагничивающее действие реакция якоря, поэтому н.с. полюсной катушки, А
,
где – коэффициент, учитывающий долю н.с. реакции якоря, воздействующую на главное поле машины (ориентировочно можно принять =0,12); – полная н.с. реакции якоря, А
.
Число витков и сечение проводника катушки возбуждения определяются по току возбуждения, А
,
где – число параллельных ветвей обмотки возбуждения (рекомендуется при А принимать =1, а при больших токах нагрузки – =2).
Число витков катушки главного полюса
.
Площадь сечения проводника определяется по допустимой плотности тока ( А/мм2).

Полученная величина сравнивается с табличными данными и округляется в большую сторону до одного из размеров по ГОСТу (см. табл. 6.2). Если в таблице нет требуемого сечения, следует найти соотношение сторон половинного (или 1/3; 1/4) сечения, а затем высоту проводника удвоить (утроить, учетверить).
Результаты расчёта магнитной цепи приведены в таблице 2.

Таблица 2
Участок магнитной цепи Длина участка, см Площадь сечения, м2 Индукция, Тл Напряжённость поля, А/см МДС участка, А Воздушный зазор 0,4 0,035 0,865 6409 2809,52 Зубцовая зона 3,56 0,027 1,85 200 1420 Сердечник якоря 6,8 0,0012 1,4 18,2 251 Сердечник полюса 6,7 0,031 1,6 40 543 Станина 16 0,026 1,5 30 960 МДС при холостом ходе 4394,42 Размагничивающая сила якоря 755 МДС при нагрузке 6096
Параметры дополнительного полюса приближенно определяют по величине н.с. . Магнитный поток их должен компенсировать реакцию якоря и создать коммутирующий поток для компенсации реактивной ЭДС коммутирующих секций якорной обмотки. В результате н.с. дополнительного полюса определяется по формуле

.
Учитывая последовательное соединение дополнительных полюсов с якорем и между собой, можно принять , тогда число витков

.
Площадь сечения проводника дополнительного полюса

,
где – плотность тока в проводнике катушки, А/мм2.
Сечение меди катушки дополнительного полюса и ее изоляции можно принять теми же, что и для главного. Намотка витков катушки обычно осуществляется «на ребро» (на узкую грань). Длина сердечника по оси машины принимается равной активной длине якоря . Ширина сердечника дополнительного полюса

.

Воздушный зазор под дополнительным полюсом

.




8.3 Расчет сопротивлений обмоток цепей ТЭД
Сопротивление обмотки возбуждения главных полюсов, Ом:
а) при 20ºС ,
где – средняя длина витка катушки главного полюса, м
,
– ширина катушки, мм;
б) при 100ºС ,
Сопротивление обмотки возбуждения дополнительных полюсов, Ом:
а) при 20ºС ,
где – средняя длина витка катушки дополнительного полюса, м
,
– ширина катушки дополнительного полюса, мм;
б) при 100ºС
,
Сопротивление якорной обмотки, Ом
,
где – сечение проводника, мм2;
– длина всей обмотки якоря, м;
– средняя длина одного проводника, включая лобовые части, м.



9. ВЫВОД
В ходе выполнения курсовой работы рассмотрены процессы формирования тяги в колесно-моторном блоке тепловоза при преобразовании электрической энергии в механическую работу. На основании рассчитанных параметров тягового электродвигателя (ТЭД), построена тяговая характеристика тепловоза с нанесенными на ней ограничениями по конструктивным параметрам и условиям сцепления колеса с рельсом. Осуществлен расчет параметров зубчатой передачи, рассмотрена силовая часть тепловоза и выполнен расчет магнитной цепи ТЭД.
































БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


Проектирование тяговых электрических машин. / Под ред. М.Д. Находкина. – М.: Транспорт, 1976. - 624 с.
Электрические машины и электрооборудование тепловозов / Е.Я. Гаккель, К.И.Рудая, И.Ф.Пушкарев и др. / Под ред. Е.Я.Гаккель. - М.: Транспорт, 1981. - 256 с.
Электропередачи тепловозов на переменно-постоянном токе. – М.: Транспорт, 1978. – 149 с.
Вилькович Б.И. Автоматическое управление электрической передачей и электрические схемы тепловозов. – М.: Транспорт, 1987. – 272 с.
Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т. – М.: Транспорт, 1990. – 381 с.
Е.Я. Гаккель, К.И.Рудая. Проектирование и расчет электрической передачи тепловозов. – М.: Транспорт, 1972. – 152 с.
А.Д.Степанов, В.А. Васильев. Передачи мощности тепловозов. – М.: Транспорт, 1967. – 476 с.
Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. Тяговые электрические машины: Учеб. для вузов ж/д. транспорта. - М.: Транспорт, 1991. – 343с.
Стрекопытов В.В. Электрические передачи локомотивов. Учебник для вузов ж/д транспорта. – М.: Маршрут, 2003. – 310с.


















3