Расчет параметров тягового электродвигателя (стр. 3 из 8)

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

К/а = ЦЧ = 248/2 = 124.

Z_п/а = ЦЧ = 62/2 = 31.

2р/а = ЦЧ = 4/2 = 2.

где ЦЧ – целое число.

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

t_к >= 4…4,5 мм. (43)

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

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

(44)

Подставляя численные значения, получаем:

Принимаем из ряда номинальных значений D_К = 425 мм.

При этом максимальная окружная скорость коллектора должна удовлетворять условию:

(45)

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

по формуле:

(46)

где n_д.дл – номинальная частота вращения двигателя в продолжительном

режиме, 650 об/мин;

u_max – конструкционная скорость тепловоза, 115 км/ч;

u_дл – скорость длительного режима, 30 км/ч.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Подставляя численные значения в формулу (45), получаем:

Кроме этого полученные значения D_a и D_К должны находиться в соотношении

D_К = 0,75…0,85D_a. (47)

Подставляя численные значения, получаем:

D_К = 0,76×560 = 425 мм.

Полученные значения t_К и D_К окончательно уточним в процессе дальнейшего расчета.

Предварительно глубину паза определим по следующей формуле:

h_z = 0,08…0,12t, (48)

где t - полюсное деление, которое определяется по формуле:

(49)

Подставляя численные значения, получаем:

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

h_z = 0,1×440 = 44 мм.

Ширину паза определим по следующей формуле:

b_п = 0,35…0,45×t₁. (50)

Подставляя численные значения, получаем:

b_п = 0,4×28 = 11,2 мм.

Из опыта проектирования ТЭД: h_z/b_п = 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 j_a – плотность тока в обмотки якоря, определяется по формуле:

(52)

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

Подставляя численные данные, получаем:

Тогда подставляя численные значения в (51), получаем:

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

По полученному значению S_a намечаем размеры проводника по ГОСТ 434-78 по приложению 2 : b = 10 мм, а = 2,24 мм и S_a = 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:

(53)

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

ℓ_S = 1,2…1,3t. (54)

Подставляя численные значения, получаем:

ℓ_S = 1,2×44 = 52,8 см.

Тогда подставляя численные значения в (53) , получаем:

Средняя величина реактивной ЭДС за период коммутации будет:

(55)

Подставляя численные значения, получаем:

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

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

Шаг по реальным пазам

(56)

где e_п – пазовое укорочение шага.

Подставляя численные значения, получаем:

Первый частичный шаг по элементарным пазам

(57)

Подставляя численные значения, получаем:

Второй частичный шаг по элементарным пазам

(58)

Подставляя численные значения, получаем:

Сопротивление обмотки якоря при 20° С

(59)

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

r = 0,0175 Ом×мм²/м;

Sl_a – суммарная длина проводников одной параллельной ветви обмотки,

которая определяется по формуле:

(60)

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

формуле:

(61)

Таким образом,

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

Шаг уравнительных соединений в коллекторных делениях:

у_кр = К/р = 248/2 = 124.

Площадь сечения уравнителя определим по следующей формуле:

S_у = 0,3…0,35×S_а. (62)

Подставляя численные значения, получаем:

S_у = 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

(63)

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

В зависимости от типа и характеристик щёток

j_щ = 9 ¸ 18 А/см². (64)

По рекомендациям , выбираем щётку марки ЭГ74АФ. Допускаемое давление на щётку 15 ¸ 21 кПа, падение напряжения 2,3 В, j_щ = 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 b_щ – ширина щётки, мм.

Отсюда

b_щ = g×t_к. (66)

Обычно для тяговых двигателей

g = 2,5 ¸ 6. (67)