Курсовая работа (т): Електричні передачі локомотивів

Розрахунок опору обмотки якоря при 20^оС, Ом виконується за формулою

,     (8.19)

де 1/57 - питомий опір обмоточної міді при +20^оС, Ом мм²/м; - довжина провідника, м (l=L_я+1/3τ);

g_я - площа перетину провідника обмотки, мм².

Опір обмотки якоря при +100^оС

.  (8.20)

9.. Вибір числа і розмірів щіток і визначення робочої довжини колектора

Число щіткотримачів приймається рівним числу головних полюсів (2р_щ=2р).

Густина струму під щіткою у сучасних тепловозних двигунах вибирається в межах Δ_щ=1115 А/см².

Площа торкання щітки одного щіткотримача до колектора, см²

.    (9.1)

см²

Задаючись величиною щіткового перекриття , визначаємо ширину щітки b_щ=γ t_к.

Довжина щітки в см

,       (9.2)

де n_щ - кількість щіток в одному щіткотримачі.

см

Приймаємо довжину щітки 40мм. Звичайно щітки тягових електродвигунів мають ширину 10; 12,5; 16; 20; 25 мм і довжину 32; 40 і 50 мм. Кількість щіток в одному щіткотримачі вибирають в межах n_щ=24.

Повна довжина колектора в см

L_к=n_щ ^.l_щ+1,5.      (9.3)

L_к=2 ^.4,0+1,5=9,5

Остаточно

, см²;    (9.4)

, см²

, А/см².    (9.5)

, А/см².

По вимогах міцності колектор перевіряється на максимальну колову швидкість

,        (9.6)

де n_max - частота обертання якоря двигуна при максимальній (конструкційній) швидкості тепловоза, об/хв.

10. Розрахунок магнітного кола двигуна

Спочатку слід розробити ескіз магнітного кола тягового двигуна. Магнітне коло складається із п’яти ділянок, з’єднаних послідовно: осердя (ярма) якоря, зубцевого шару якоря, повітряних зазорів, осердя головних полюсів і ярма (спинки) остова. На рисунку 10.1 приведений ескіз магнітного кола чотириполюсного двигуна з восьмигранним остовом. Оскільки вісьовими лінями головних і додаткових полюсів поперечний переріз машини розбивається на абсолютно однакові сектори, ескіз приводять лише для одного сектора. Побудова ескізу повинна виконуватись в масштабі для можливості визначення значень довжин певних ділянок магнітного кола двигуна.

При виконанні ескізу магнітного кола машини спочатку проводять зовнішнє коло якоря визначеного діаметра D_я і за визначеними параметрами n_z i b_п і числом пазів Z визначають висоту зубцевого шару машини h_z.

Рисунок 10.1 - Ескіз магнітного кола тягового електродвигуна

Далі визначають активну висоту перетину осердя (ярма) якоря в м

,        (10.1)

де В_я - магнітна індукція в осерді якоря, котра може бути прийнята рівною 1,41,6 Тл;

к_c - коефіцієнт заповнення осердя сталлю (к_c=0,97).

Величина h_я встановлена за формулою (10.1), визначає перетин осердя в м²

,  (10.2)

по котрому замикається потік Φ/2. Перетин S_я завантажений половинним значенням потоку полюса Φ_о тому, що останній в осерді якоря роздвоюється, замикаючись на сусідні полюси протилежної полярності.

В осерді якоря, як правило, виконують аксіальні вентиляційні канали діаметром d_к, розташовуючи їх в n_к рядів, що потребує зазначеного місця в радіальному напрямку. Оцінюють цей розмір виразом 1/2 d_к n_к.

Діаметр каналів d_к=2030 мм=0,020,03 м.

Кількість рядів каналів n_к=23, при чому канали розташовують в шаховому порядку так, щоб відстань між їх центрами становила (2,53,0) d_к.

При вказаному розташуванні вентиляційних каналів зв’язок між конструктивною h^’_я і активною h_я висотами осердя якоря визначається формулою

.          (10.3)

Внутрішній діаметр осердя якоря в м

  (10.4)

в той же час є зовнішнім діаметром вала якоря, на котрий насаджують шихтоване тіло осердя.

Розміри двох ділянок магнітного кола - повітряного зазору і зубцевого шару - були встановлені раніше.

Осьову довжину осердя полюса слід вибрати рівну активній довжині якоря (L_m=L_я).

Ширина полюсного осердя b_m вибирається за допустимою в полюсі індукцією, котру слід вибрати в межах В_m=1,41,7 Тл

де  - коефіцієнт розсіювання магнітного потоку головних полюсів

(=1,1);

к_с- коефіцієнт заповнення осердя полюса сталлю (к_c=0,97).

Перехід осердя полюса в полюсний наконечник, що утворює заплічники на котрі опирається котушка (точка а на рисунку 9.1) намічають в такому місці, щоб відстань Δ=46 мм.

Розрахункова полюсна дуга b_δ визначається за полюсним перекриттям α_δ і полюсним поділом якоря τ

b_δ=α_δ τ.      (10.6)

b_δ=0,78*38,7=0,302м

Висоту осердя полюса (розмір по осьовій його лінії від повітряного зазору до внутрішньої поверхні остова) оцінюють попередньо h_m=(0,20,25)τ.

Остаточний розмір h_m визначається після розміщення на осерді котушки головного полюса, коли будуть встановлені її розміри.

Довжину станини (корпуса) двигуна попередньо визначають із співвідношення

L_c=L_я+0,4D_я.      (10.7)

L_c=37+0,4*499=57см=0,57м.

Перетин ярма остова Q_c визначають, виходячи із вибраного значення індукції В_с<1,4 Тл, в м²

.   (10.8)

Розрахункова товщина стінки в м

.    (10.9)

По магнітному потоку Ф_о і перетинам окремих ділянок Q_i знаходять індукцію В_і. Далі, за відповідними кривими і таблицями намагнічування, знаходять напруженості магнітного поля Н_і, множачи їх на довжини окремих ділянок магнітного кола l_i, визначають магніторушійні сили (м.р.с) F_i= Н_і l_i. Для розрахунків рекомендується скласти таблицю, у відповідні графи котрої після формул слід вписати отримані за ними числові значення.

Для визначення МРС повітряного зазору необхідно визначити коефіцієнт повітряного зазору к_δ, котрий враховує збільшення шляху магнітного потоку внаслідок зубчастої будови осердя якоря

. (10.10)

Просумувавши намагнічуючі сили всіх ділянок магнітного кола, знаходять сумарну намагнічуючу силу, необхідну для проведення магнітного потоку при роботі машини без навантаження.

Обмотка головних полюсів двигуна служить для створення намагнічуючої сили (н.с.) полюсів, необхідної для проведення магнітного потоку по магнітному колу. Ця н.с. повинна бути рівною сумі магнітних напруг на ділянках магнітного кола і розмагнічуючої сили реакції якоря, тобто

, А.    (10.11)

Повна н.с. якоря визначається за формулою

, А        (10.12)

а розмагнічуюча сила враховується коефіцієнтом к_р, котрий в тривалому режимі приймається рівний к_р=0,125. Тоді повна н.с. обмотки збудження головних полюсів буде

, А.    (10.13)

, А

Струм, що протікає по котушці головного полюса, А

,    (10.14)

де а_m - число паралельних віток обмотки збудження головних полюсів, рекомендується приймати а_m=2.

Число витків в котушці

. (10.15)

Площа перетину провідника визначається по допустимій густині струму

g_в=і_в/Δ_в (Δ_в=4,07,5 А/мм²).

З визначеної площі поперечного перетину із ряду стандартних розмірів (див. вище визначення розмірів провідника обмотки якоря) обираються розміри провідника.

Таблиця 10.1 - Визначення магнітних напруг (намагнічуючих сил) ділянок магнітного кола машини

При розрахунку розмірів котушки головного та додаткового полюса приймаються:

-        товщина пружинного фланця, що кріпить котушку, в середньому у головних полюсів 3 мм, у додаткових полюсів 2 мм;

-        товщина немагнітних прокладок (як правило латунних) між осердям додаткового полюса і остовом 34 мм;

         товщина зовнішньої ізоляції котушок 3 мм;

         товщина ізоляції між витками 0,35 мм.

При розрахунку ширини котушки головного полюса враховується розпушення витків, котре досягає 5%. Розміри провідників та їх розміщення підбирається таким чином, щоб відстань між котушками головних і додаткових полюсів було 1215 мм. Потім за результатами компоновки котушки головного полюса уточнюється висота осердя головного полюса h_m.

Середня довжина витка котушки головного полюса в м

,          (10.16)

де  - ширина котушки (≈50-70 мм).

Опір обмотки збудження (головних полюсів) по аналогії з якірною обмоткою (9.19, 9.20), Ом:

а) при 20^оС

б) при 100^оС (тобто у випадку перевищення температури +80^оС)

.

Магнітний потік додаткових полюсів повинен компенсувати реакцію якоря і відтворювати комутуючий потік для компенсації реактивної е.р.с. комутуючих секцій обмотки якоря. Останнє враховується коефіцієнтом, рівним 1,15. В результаті н.с. додаткових полюсів визначається за формулою

F_дп≈1,15 F_ря, А.   (10.17)

F_дп≈1,15 1025.55=1179.4,A

Число витків обмотки додаткових полюсів

, (10.18)

де і_дп - струм в котушці головного полюса, А

витка

,   (10.19)

де  - число паралельних віток обмотки (=1).

Площа перетину провідника котушки додаткового полюса

,  (10.20)

де Δ_дп=4,08,0 А/мм² - густина струму в провіднику котушки.